由广东省惠州市惠阳区人民政府指导，中国石油大学（北京）、中海储能、全球储能网、全球液流电池网等联合举办的2024年绿色低碳转型与储能技术创新产教融合研讨会/CFE2024 南方液流电池储能产教融合高峰论坛将于12月24-25日在广东惠阳召开，诚邀您的参与，扫码即刻报名！华中科技大学在碱性全铁液流电池的研究上取得进展
文章名称：Hua Jiang, Wendong Yang, Pei Liu, et al. Highly Stable Alkaline All-Iron Redox Flow Batteries Enabled by Disulfonated Ligands Chelation. Advanced Energy Materials, 2024. 技术突破：该文章报道了一种新型Fe(TEA-2S)阳极溶液，用于碱性全铁液流电池，展现了卓越的稳定性和低容量衰减率。在80 mA cm−2电流密度下，电池实现了0.17%的日容量衰减率和99.93%的库仑效率，能效高达83.5%。Fe(TEA-2S)具有1.85 M的高溶解度和-30°C的宽温度范围，为大规模储能提供了经济高效的解决方案。通过螯合磺酸基配体，增强了铁配合物的稳定性，减少了配体交叉，推动了全铁液流电池技术的商业化进程。应用价值：这种Fe(TEA-2S)阳极溶液的开发，为碱性全铁液流电池领域带来了显著的技术突破。其卓越的稳定性和低衰减率，使得电池在长期运行中保持高效性能，这对于需要大规模、长时间储能的可再生能源存储和电网调节至关重要。高溶解度和宽温度范围的特性，进一步增强了其在极端气候条件下的应用潜力。这项技术的经济高效性，有望降低储能成本，推动全铁液流电池在商业能源存储领域的广泛应用。在追求可持续能源解决方案的过程中，液流电池因其出色的可扩展性和长寿命特性，被视为电网储能和可再生能源存储的理想选择。然而，传统的碱性全铁液流电池在实际应用中遭遇了重大挑战。这些电池依赖于铁离子和有机配体形成的配合物，但在充放电过程中，这些配合物往往稳定性不足，容易发生分解，导致金属铁的沉积和氢气进化，进而引起电池容量的快速衰减。此外，配体分子的交叉迁移至阴极室，与那里的活性物质发生不良反应，进一步加速了电池性能的下降。这些技术瓶颈严重限制了全铁液流电池的商业化进程，迫切需要开发出新型材料和设计，以增强电池的稳定性和耐久性，确保其在长期运行中的可靠性和效率。来自华中科技大学武汉国家光电实验室光学与电子信息学院的段将将等研究人员，成功解决了碱性全铁液流电池中因铁配合物分解和配体交叉导致的容量衰减问题。他们通过设计并合成了一种新型的富含磺酸基的配体TEA-2S，并将其与铁离子螯合，形成了一种新型的阳极溶液Fe(TEA-2S)。这种新型阳极溶液在充放电循环中展现出极高的稳定性，显著提高了电池的容量保持率和循环寿命。Fe(TEA-2S)的性能优势体现在其高达1.85 M的高溶解度和在极端低温下（-30°C）依然保持稳定的特性，以及在80 mA cm-2的电流密度下，实现了仅0.17%的日容量衰减率和99.93%的高库仑效率。这种技术路线的优点在于通过增强配体与铁离子的螯合能力，有效抑制了配体的交叉迁移，减少了电池内部的副反应，从而显著提升了电池的性能和寿命。未来，这种基于Fe(TEA-2S)的碱性全铁液流电池技术有望广泛应用于大规模能源存储领域，特别是在可再生能源（如风能和太阳能）的存储、电网负荷平衡以及偏远地区的电力供应等场景中，将发挥重要作用。此外，其出色的低温性能也使其在寒冷地区的能源存储系统中具有潜在的应用前景。这项突破性的研究成果，不仅推动了全铁液流电池技术的发展，也为实现低成本、高效率的能源存储提供了新的可能性。（编译：陈聪 INESA）图 1 a) 0.1 M Fe(TEA-2S)（红色曲线）和铁氰化物（蓝色曲线）在三电极体系中的循环伏安图，扫描速率为50 mV/s；b) 在1 M KOH中溶解的0.5 M Fe(TEA-2S)（配体:Fe3+ = 1.25:1）的循环伏安图，经过多达200次循环的多次测量；c) Fe(TEA)、Fe(DIPSO)和Fe(TEA-2S)的分子轨道和能隙图；d) Fe(TEA)、Fe(DIPSO)和Fe(TEA-2S)反应路径的密度泛函理论（DFT）计算
图 2 a) 用于确定配体交叉的示意图；b) 配体穿越膜的示意图；c) 不同配体随渗透时间的累积交叉；d) 膜的配体离子渗透性和选择性
东北大学在钒基液流电池高性能膜材料的研究上取得进展
文章名称：Wang Qian, Zhang Zhejing, Leng Shifan, Xu Yixin, Yang Jingshuai. Advanced Poly(vinyl chloride)-Based Membranes Functionalized with Amino Compounds for Vanadium Redox Flow Batteries. Energy & Fuels, 2024. 技术突破：本研究开发了一种基于聚氯乙烯(PVC)的功能化膜材料，用于钒液流电池(VRFBs)。PVC-A6膜表现出89.3%的酸掺杂能力、5.6 MPa的机械强度、0.32 Ω·cm2的低面积电阻和2.99×10-7 cm2·min-1的钒离子阻隔性，离子选择性是Nafion 115的三倍。该膜在VRFB中展示了比Nafion 115更高的电池效率和循环稳定性，具有成本低、性能优的特点，为VRFB膜材料的开发提供了新途径。通过亲核反应将氨基化合物引入PVC，制备出高性能的PVC基膜材料。应用价值：该技术突破通过在聚氯乙烯(PVC)膜中引入氨基化合物，显著提升了膜的离子传导性和钒离子阻隔性，为钒液流电池(VRFBs)提供了一种成本效益高、性能优异的分离膜材料。PVC-A6膜的低电阻和高选择性使其在VRFBs中展现出比传统Nafion膜更高的电池效率和稳定性，同时其低成本和易制备的特性，预示着在大规模储能领域的广泛应用潜力。在能源存储领域，钒液流电池（VRFBs）因其可扩展性、长寿命和环境友好性而备受关注。然而，VRFBs的性能在很大程度上受限于所使用的分离膜材料。传统的全氟磺酸膜，如Nafion系列，尽管具有较高的电压效率，但高钒离子渗透性导致电池库仑效率降低，且存在自放电和容量衰减问题。此外，这些膜材料成本高昂，限制了其大规模应用。因此，开发具有优异离子选择性、低钒离子渗透率、良好机械性能和成本效益的新型膜材料成为了该领域的一个迫切需求。研究人员一直在寻找能够替代昂贵的全氟磺酸膜的新型膜材料，以期通过提高电池的效率和降低成本来推动VRFBs的商业化进程。来自东北大学和辽宁师范大学的研究团队，由杨景帅等研究人员，成功解决了钒液流电池（VRFBs）中分离膜材料的性能瓶颈问题。他们通过将六种氨基化合物与聚氯乙烯（PVC）进行核磁反应，合成了一系列新型的功能化PVC基膜材料。这些膜材料不仅继承了PVC的低成本和易加工特性，还通过引入氨基化合物显著提升了膜的离子传导性和钒离子阻隔性。特别是PVC-A6膜，其酸掺杂能力高达89.3%，机械强度达到5.6 MPa，低面积电阻为0.32 Ω·cm2，钒离子阻隔性为2.99×10-7 cm2·min-1，离子选择性是传统Nafion 115膜的三倍。这种技术路线的优点在于，它不仅提高了膜材料的性能，还降低了生产成本，使得高性能膜材料的大规模应用成为可能。此外，通过亲核反应引入氨基化合物的方法具有较高的灵活性，可以根据需要调整膜材料的性能。未来的应用场景不仅限于VRFBs，还可以扩展到其他类型的液流电池、电化学传感器以及需要高效离子传输和分离的其他能源和环境领域。这项突破性的研究成果，为储能技术的发展提供了新的方向，有望在推动能源转型和实现碳中和目标中发挥重要作用。（编译：陈聪 INESA）![]()
图 3 各种基础基团功能化的聚氯乙烯高分子膜的合成![]()
图 4 基于PVC-A4、PVC-A6和Nafion 115的VRFB性能 (A) 在100 mA cm-2下的充放电曲线；(B) 在60至160 mA cm-2时的库仑效率（CE）；(C) 电压效率（VE）和(D) 能量效率（EE）
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