鋅空氣單液流電池

近日，中科院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部研究員李先鋒、張華民領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在高能量密度、長(zhǎng)壽命鋅碘液流電池研究方面取得新進(jìn)展，有效解決了目前儲(chǔ)能電池存在的循環(huán)壽命短、功率密度低以及風(fēng)能、太陽(yáng)能等發(fā)電不連續(xù)、不穩(wěn)定、不可控等難題，實(shí)現(xiàn)了清潔能源高效利用。圍繞鋅碘液流電池的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，記者專訪了張華民。

鋅碘液流電池取得新進(jìn)展

中國(guó)能源報(bào)：您所在的研究團(tuán)隊(duì)在鋅碘液流電池方面取得了新進(jìn)展，研發(fā)出的鋅碘液流電池壽命長(zhǎng)、可自我恢復(fù)，能詳細(xì)介紹一下什么是自我恢復(fù)功能嗎?

張華民：對(duì)鋅基液流電池來(lái)說(shuō)，鋅枝晶的問(wèn)題對(duì)電池壽命有很大影響，特別是高電流密度充電時(shí)，更容易生成鋅枝晶。為解決鋅枝晶的影響，我們創(chuàng)新性地采用了具有很好機(jī)械性能和合適厚度的多孔非氟膜作為離子傳導(dǎo)膜，即使在高電流密度長(zhǎng)時(shí)間充電時(shí)，形成了鋅枝晶使電池發(fā)生了短路，可通過(guò)多孔離子傳導(dǎo)膜孔內(nèi)氧化態(tài)電解液(碘三離子)對(duì)鋅枝晶的溶解作用實(shí)現(xiàn)電池性能的自恢復(fù)，或叫愈合，從而解決了由于鋅枝晶導(dǎo)致的電池循環(huán)壽命差的問(wèn)題。

中國(guó)能源報(bào)：相比全釩液流電池，鋅碘液流電池在能量密度、壽命、安全性、環(huán)保性等方面，有哪些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)?

張華民：迄今為止開(kāi)發(fā)了多種電池技術(shù)，各有各的特點(diǎn)，各有各的應(yīng)用領(lǐng)域。在液流電池領(lǐng)域，全釩液流電池已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，全釩液流電池安全性好、充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)、電池材料特別是電解質(zhì)溶液可循化利用、生命周期的性價(jià)比高、環(huán)境友好。但由于釩的溶解度所限，比能量較低，比較適用于大規(guī)模儲(chǔ)能電站。

與全釩液流電池相比，鋅碘液流電池由于碘離子在水溶液中的濃度可達(dá)8M，所以能量密度更高，安全性、繼承了液流電池的固有優(yōu)勢(shì)，環(huán)保方面，鋅碘液流電池使用碘化鉀和溴化鋅作為活性物質(zhì)，是中性體系，環(huán)境友好。

和全釩相比，其劣勢(shì)在于，所有的鋅基液流電池是靠鋅的沉積和溶解實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)和釋放，但目前由于技術(shù)所限，鋅枝晶會(huì)影響電池的壽命，而鋅負(fù)極面的均勻沉積量較低，造成鋅基液流電池的儲(chǔ)能容量較低，僅適合規(guī)模相對(duì)較小的儲(chǔ)能領(lǐng)域。

中國(guó)能源報(bào)：您所在的團(tuán)隊(duì)都研究哪些方面的電池技術(shù)?何時(shí)開(kāi)展鋅碘液流電池的研發(fā)?當(dāng)前進(jìn)展如何?

張華民：我們團(tuán)隊(duì)除一直致力于全釩液流電池的研究開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化之外，10多年來(lái)圍繞鋅基液流電池開(kāi)展系列研究工作，包括鋅溴液流電池、鋅鎳液流電池、鋅鐵液流電池和鋅碘液流電池等。

我們團(tuán)隊(duì)鋅碘液流電池的研發(fā)工作，迄今主要的進(jìn)展是研制出了高穩(wěn)定性、高離子電導(dǎo)率的電解液，以及低成本、高離子傳導(dǎo)性的多孔非氟離子傳導(dǎo)膜;并初步集成出千瓦級(jí)電堆。

目前處于研究初期階段

中國(guó)能源報(bào)：據(jù)了解，國(guó)際上如美國(guó)也在對(duì)鋅碘液流電池進(jìn)行研發(fā)，其研發(fā)水平目前處于什么階段?中國(guó)與之相比，處在什么水平?

張華民：美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家對(duì)鋅碘液流電池的研發(fā)較早，他們提出鋅碘液流電池體系。我們團(tuán)隊(duì)在基于多年全釩液流電池及鋅基液流電池開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，不僅將鋅碘液流電池性能大幅度提高，而且開(kāi)展了工程化研究開(kāi)發(fā)。

目前我們報(bào)道的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室報(bào)道的性能。我們研究開(kāi)發(fā)的鋅碘液流電池在電池的能量效率不低于80%的前提條件下，電池的工作電流密度可以達(dá)到80mA/cm2，循環(huán)壽命超過(guò)1000次。美國(guó)報(bào)道的鋅碘液流電池的工作電流密度在10mA/cm2，電池的循環(huán)壽命低于50次。此外，我們團(tuán)隊(duì)已集成出千瓦級(jí)的電堆，并且在電流密度80mA/cm2下連續(xù)運(yùn)行了300次循環(huán)并仍在持續(xù)運(yùn)行。而其他的科研團(tuán)隊(duì)目前還沒(méi)有嘗試對(duì)鋅碘體系進(jìn)行放大?？梢哉f(shuō)，與外國(guó)相比，在鋅碘液流電池方面我們的成果和技術(shù)更加先進(jìn)。

中國(guó)能源報(bào)：鋅碘液流電池目前處于研究的初期階段，根據(jù)您的預(yù)計(jì)，何時(shí)有望大規(guī)模應(yīng)用開(kāi)來(lái)?后續(xù)還需要攻克哪些技術(shù)難關(guān)?

張華民：鋅碘液流電池的確還處于研究的初期階段，從基礎(chǔ)研究層面來(lái)講，后續(xù)還需要攻克的主要問(wèn)題包括：如何提高負(fù)極鋅的面容量和電池功率密度，如何優(yōu)化電堆結(jié)構(gòu)提高電堆的穩(wěn)定性;另外，還需要從電解質(zhì)溶液化學(xué)入手，進(jìn)一步降低鋅碘液流電池的成本。同時(shí)，如何獲得低價(jià)格的碘也是決定其規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵之一。