研究人员开发出新型电极，用于改进无流锌溴电池

Josiah01 · 发表于 2024-7-19 16:45:28

　　由于环境问题日益严重，全球能源生产正从化石燃料转向可持续和可再生能源系统，如太阳能和风能。尽管它们具有优势，但它们也有两个显著的弱点：电力生产不稳定和供应不规律。因此，它们配备了储能系统 (ESS)。
　　锂离子电池是 ESS 的前沿，但由于易燃电解质和锂基材料，容易起火。无流锌溴电池 (FLZBB) 使用不易燃的电解质，是一种有前途的替代方案，具有成本效益和简单的电池平台。
　　FLZBB 由正极、负极、电解质和隔膜组成，以保持电极分开。与传统的锌溴电池不同，FLZBB 中的电解质不需要泵送，而是保存在凝胶状容器中。石墨毡 (GF) 因其在酸性电解质中的稳定性而被广泛用作许多氧化还原电池中的电极。
　　然而，在 FLZBB 中，充电过程中会在 GF 正极内形成溴和多溴离子。这些活性物质会逸出并不受控制地扩散到负极，从而导致自放电，严重影响性能和寿命。许多研究已经探索了抑制这种交叉现象的方法；然而，自放电仍然是 FLZBB 的一个主要问题。
　　为了解决这个问题，由 Chanho Pak 教授领导的研究小组，包括来自韩国光州科学技术学院综合技术研究所能源融合研究生院的综合硕士和博士生 Youngin Cho（第一作者），开发了一种新型氮掺杂介孔碳涂层厚 GF (NMC/GF) 电极。他们的研究成果于 2024 年 6 月 15 日发表在《化学工程杂志》上。
　　研究人员使用一种简单、经济高效的蒸发诱导自组装方法制造了 NMC/GF 电极。在该方法中，将原始 GF 毡涂上前体材料，然后与溶剂混合，然后干燥和固化。当应用于 FLZBB 时，新电极有效地抑制了活性材料的交叉并防止了自放电。这一成功归功于 NMC/GF 电极中 GF 纤维上存在的中孔。
　　Pak 教授解释说：“GF 电极上的 NMC 涂层引入了具有策略性嵌入氮位点的中孔，这些中孔可作为堡垒，捕获正极中的溴和溴复合物，抑制溴交叉和自放电现象。
　　“此外，这种涂层使原本疏水的原始 GF 电极变得超亲水，改善了与水性电解质中的电解质的界面接触，提高了电化学性能。此外，它允许加入丰富的氧和氮物质，从而提高了溴的反应速度，进一步提高了性能。”
　　采用 NMC/GF 电极的 FLZBB 在电流密度为 20 mA cm -2时表现出出色的库仑效率和能量效率，分别为 96% 和 76% ，高倍率面积容量为 2 mAh cm -2。此外，该电池表现出前所未有的耐用性，充电/放电循环稳定性延长至 10,000 次以上。此外，使用的厚 GF 电极可以潜在地降低电池的整体价格。
　　Pak 教授强调了这一成果的重要性，他表示：“FLZBB 正极的开发可以保持高效率，在 10,000 次循环内长期运行，这将加速长期稳定的 ESS 和环保能源转换的发展。此外，NMC/GF 正极也可用于其他水性电池。”
　　该技术可以实现FLZBB的实际应用，从而实现更安全的ESS和更稳定的可再生能源系统。

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