中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，大連化物所儲(chǔ)能技術(shù)研究部（DNL17）李先鋒研究員和劉濤研究員團(tuán)隊(duì)在高功率密度全釩液流電池電極研究方面取得新進(jìn)展，開(kāi)發(fā)出一種鉍（Bi）單原子負(fù)載石墨氈電極，其在240mA/cm2的電流密度下能量效率達(dá)到81.2%，峰值功率密度達(dá)到990mW/cm2，為高功率密度全釩液流電池電極材料的設(shè)計(jì)提供了新思路。
全釩液流電池因具有高安全、長(zhǎng)壽命、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已成為大規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(shù)之一。然而，負(fù)極V3+/V2+反應(yīng)速率較慢導(dǎo)致極化較大，造成電池功率密度較低、電堆成本較高。同時(shí)，釩離子氧化還原反應(yīng)機(jī)理仍不明晰，阻礙了高活性電極材料的開(kāi)發(fā)。
針對(duì)上述問(wèn)題，本工作中研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)電化學(xué)原位全反射紅外光譜研究了[V(H2O)6]3+/[V(H2O)6]2+的反應(yīng)過(guò)程，揭示了脫溶劑化為該反應(yīng)的控速步驟，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出一種具有高活性、高穩(wěn)定性的Bi單原子電催化劑，通過(guò)理論計(jì)算證實(shí)了催化劑中的Bi-N4結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)釩離子脫溶劑化并降低反應(yīng)能壘。使用該Bi單原子電催化劑負(fù)載石墨氈電極的全釩液流電池在240mA/cm2的電流密度下能量效率可以達(dá)到81.2%，峰值功率密度達(dá)到990mW/cm2。相比傳統(tǒng)的Bi納米顆粒催化劑，其表現(xiàn)出了更高的電催化活性和穩(wěn)定性，同時(shí)，在充放電過(guò)程中避免了Bi納米顆粒催化劑的沉積溶解現(xiàn)象。即使將該電極放大應(yīng)用在5KW電堆上，也表現(xiàn)出了明顯的提高效果。該工作有助于理解全釩液流電池的電極反應(yīng)機(jī)理，進(jìn)而為高效電催化劑的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供新的思路，對(duì)全釩液流電池的提效降本有重要意義。
相關(guān)工作以“Bismuth Single Atoms Regulated Graphite Felt Electrode Boosting High Power Density Vanadium Flow Batteries”為題,于近日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上。該工作的第一作者是大連化物所DNL17的聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生邢飛。上述工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院A類先導(dǎo)專項(xiàng)“基于高比例可再生能源的儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)與示范”、遼寧省揭榜掛帥項(xiàng)目、遼寧省濱海實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目的支持。（文/圖 邢飛）
