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中阿博览会科技板块活动热点专题报道——低成本硫基液流电池及其关键电极材料开发技术

来源:中阿技术转移中心 时间:2019-09-01 作者:史玉芊 浏览量:281

无机纳米材料助推能源多样化发展

上海交大团队低成本硫基液流电池开发成果瞩目

    上海交通大学钱雪峰教授和宰建陶副教授团队立足课题组丰富的无机纳米材料控制合成积累,在高效稳定多硫电对电催化材料的开发方面开展了广泛的研究工作,为大规模利用可再生能源攻克了一个难题。

    目前,大规模利用可再生能源、实现能源多样化成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。但是,风能、太阳能等可再生能源发电具有不稳定、不可控的特性,可再生能源大规模并入电网会给电网的安全稳定运行带来冲击。大规模储能系统可有效实现可再生能源发电的调幅调频、平滑输出、跟踪计划发电,提高电网对可再生能源发电的消纳能力,解决弃风、弃光问题。尽管全钒液流电池和多硫/溴液流电池已实现示范应用,而且全钒液流电池也代表了目前最新的技术水平,但其价格比目标价格高出近4倍。硫是一种储量丰富的廉价元素,基于多硫离子负极电解液和铁等正极电解液的液流电池具有成本低廉、原料来源广、无毒或毒性小的优势。发展基于廉价、无毒电解液的多硫基液流电池是当前大规模储能领域重要的研究方向之一。

    在电化学过程中,氧化还原反应在电极表面的极化导致的充放电电位差增大、电流密度减小和氧气、氢气析出副反应等是影响电池能量密度、功率密度和储能效率的关键。目前,液流电池中一般使用具有良好导电性和化学稳定性的碳纸、石墨毡等碳材料作为电极材料,但是碳材料对多硫电对的电催化活性较低;传统的Pt、Au等贵金属对多硫电对的电催化氧化还原能力也很差,但高昂的价格和在电解质的不稳定性也限制了推广应用;同时多硫电解液会对镍、铜等传统金属电极产生持续腐蚀造成循环稳定性极差。因此,构筑高效电催化电极材料,增强氧化还原电对的电催化转化效率,降低氧化还原反应的过电位和抑制副反应的发生,是提高多硫/碘液流电池的有效手段之一。

    上海交通大学钱雪峰教授和宰建陶副教授团队立足课题组丰富的无机纳米材料控制合成积累,在高效稳定多硫电对电催化材料的开发方面开展了广泛的研究工作。在多硫电对电催化材料筛选和第一性原理模拟的基础上,和构筑半导体结合增强了电极对多硫电解质的电催化转化效率。进而制备成三维多孔碳纤维复合电极,通过优化材料组成、形貌和结构调控电子/物质传输行为,减小电流极化、抑制副反应,最终提高了多硫/碘液流电池的能量密度、功率密度和充放电储能效率。

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