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近日，大连化物所储能技术研究部李先锋研究员和刘涛研究员团队在高功率密度全钒液流电池电极研究方面取得新进展，开发出一种铋（Bi）单原子负载石墨毡电极，其在240mA/cm2的电流密度下能量效率达到81.2%，峰值功率密度达到990mW/cm2，为高功率密度全钒液流电池电极材料的设计提供了新思路，这一创新成果不仅在性能上实现了显著提升，更在全钒液流电池的商业化进程中迈出了坚实的一步。
全钒液流电池：储能技术的新星
全钒液流电池因其高安全性、长寿命和环境友好性，已成为大规模储能技术的首选。然而，其负极V3+/V2+反应速率较慢，导致电池功率密度较低，电堆成本较高。此外，钒离子氧化还原反应机理的不明确也限制了高活性电极材料的开发。
创新突破：Bi单原子电催化剂
为了解决这些问题，研究团队通过电化学原位全反射红外光谱研究了[V(H2O)6]3+/[V(H2O)6]2+的反应过程，揭示了脱溶剂化为该反应的控速步骤。在此基础上，他们开发出了一种具有高活性、高稳定性的Bi单原子电催化剂。理论计算证实，催化剂中的Bi-N4结构能够显著促进钒离子脱溶剂化并降低反应能垒。
性能提升：显著的成果
使用这种新型Bi单原子电催化剂负载石墨毡电极的全钒液流电池，在240mA/cm2的电流密度下能量效率达到了81.2%，峰值功率密度达到了990mW/cm2。这一性能较传统的Bi纳米颗粒催化剂有了显著提升，表现出了更高的电催化活性和稳定性。同时，新型电极在充放电过程中避免了Bi纳米颗粒催化剂的沉积溶解现象，即使在5kW电堆上应用，也表现出了明显的提高效果。
研究意义：推动全钒液流电池商业化
这项工作不仅有助于我们理解全钒液流电池的电极反应机理，更为高效电催化剂的设计开发提供了新的思路。对全钒液流电池的提效降本具有重要意义，为全钒液流电池的商业化推广提供了强有力的技术支持。
相关工作以“Bismuth Single Atoms Regulated Graphite Felt Electrode Boosting High Power Density Vanadium Flow Batteries”为题,于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c04951
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