水系锌溴液流电池寿命短且易“早衰”，国内团队新方案：寿命提高10倍

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水系锌溴液流电池寿命短且易“早衰”，国内团队新方案：寿命提高10倍

近年来，中国新型储能装机规模呈现出爆发式增长态势。同时，在锂离子电池储能占绝对主导地位的同时，新型储能新技术不断涌现，压缩空气储能、液流电池储能等在内的技术路线可谓“百花齐放”。

深圳理工大学科研团队的一项最新研究显示，该团队正在试图解决水系锌溴液流电池寿命短且容易“早衰”的致命弱点。锌溴液流电池是除全钒液流电池以外商业化较为成功的液流电池技术，因成本低、安全性高、储电能力强等特点，水系锌溴液流电池被认为在电网储能领域具有广阔的应用前景。

“水系锌溴液流电池之所以会有上述弱点，是因为在电池充放电时，锌金属会像树枝一样不受控制地生长（枝晶），这些‘金属刺’可能刺穿电池隔膜导致短路，严重缩短电池寿命。”深圳理工大学材料科学与能源工程学院助理教授梁国进表示，同时电池内还会产生氢气气泡（析氢反应），进一步降低电池效率和寿命。

为解决上述问题，梁国进等人研发出一种高可逆性碳毡电极，在其表面均匀“铺”了一层铅纳米颗粒。研究介绍，这些铅颗粒就像“交通标志”一样，能够引导锌金属平整有序地沉积，避免乱长“金属刺”。

同时，这种经过铅改性的电极还具有更高的析氢反应过电位，可以抑制析氢反应，也就是抑制氢气气泡产生，让电池工作更稳定。

不同电极调控锌成核和生长行为的示意图。a代表传统碳毡电极，b代表铅纳米颗粒改性的碳毡电极（灰色球体：碳原子；蓝色球体：锌原子；橙色球体：铅原子）

该研究工作最新发表在国际学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）。该研究由深圳理工大学院士工作站教授成会明指导，材料科学与能源工程学院助理教授梁国进、副教授孙源淼为共同通讯作者。

研究团队在这项实验中证明，基于团队研发出的改性电极的锌溴液流电池寿命大幅延长，在超过2300小时的时间里，每平方厘米电极上累计储存23安时的电量，且能量转化效率平均超过78%。

同时，基于铅纳米颗粒改性的碳毡电极的锌溴液流电池还展现出其在严苛条件下的强劲性能，实现了超过4000次循环的稳定循环寿命，而传统电池仅能循环几百次，寿命大约提升了10倍。而且，即使在超高电流密度/面容量的情况下，铅纳米颗粒改性的碳毡电极也能有效抑制枝晶生长和析氢反应。

梁国进说，铅纳米颗粒改性的碳毡电极是一种具有成本效益且高效的解决方案，可用于提高锌负极的可逆性，极大提升了锌溴液流电池在大规模、低成本储能应用中的实际可行性。“这项工作为锌基液流电池中高可逆性锌电极的设计提供了有益见解。”其表示。

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