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随着可再生能源的推广，液流电池因其适用于大规模、长时间储能而备受关注。然而，由于传统液流电池受限于电解液溶解度，其能量密度较低。本研究提出了一种新型中性锌铁液流电池，通过对锂基材料进行氧化还原电位调控，实现了显著提升的电池能量密度。此技术为提升液流电池的能量密度提供了新思路，且无需复杂的材料筛选过程，为未来高效、可持续储能技术奠定了基础。
成果简介
研究团队设计了一种基于单分子氧化还原靶向反应（SMRT）的中性锌铁液流电池。通过精确调控锂锰铁磷酸盐（LiMnxFe1−xPO4）的氧化还原电位，使其与氧化还原介质[Fe(CN)₆]³⁻/⁴⁻匹配，实现了单分子靶向反应的定向调控。在10 mA cm⁻²电流密度下，该系统的能量密度达到118.3 Wh L⁻¹，超过传统液流电池5倍，表现出优异的库仑效率（99.9%）、材料利用率（78.4%）和循环稳定性（每循环容量保持率为99.8%）。
研究亮点
高能量密度：锌铁液流电池能量密度达到118.3 Wh L⁻¹，远超传统液流电池。
定向调控机制：通过调控锂基材料的氧化还原电位，实现了单分子靶向反应的精准控制。
优异的稳定性：100次循环测试中容量保持率高达99.8%，表现出卓越的长循环稳定性。
多尺度原位表征：借助同步辐射X射线吸收光谱技术（XAS），揭示了Fe-O和Fe-Fe键在电池运行过程中的可逆变化，深入解析了反应机制。
配图精析
图1：[Fe(CN)₆]³⁻/⁴⁻-LiMnxFe1−xPO₄锌铁液流电池系统示意图，展示了单分子靶向反应的定向调控原理。
图2：不同锰掺杂比例下LiMnxFe1−xPO₄的氧化还原电位变化，揭示了锰含量对氧化还原电位的调控效果。
图3：锌铁液流电池在不同电流密度下的充放电曲线及循环稳定性测试结果。
图4：通过同步辐射XAS揭示的电池内Fe-O和Fe-Fe键的动态变化，展示了电池充放电过程中的反应路径。
展望
本研究通过调控固体材料的氧化还原电位，实现了中性锌铁液流电池的高效、稳定运行，提出了提升液流电池能量密度的新方法。未来的研究将进一步优化该系统的反应效率，并推动其在大规模储能系统中的应用。
文献信息
期刊：Joule
DOI：10.1016/j.joule.2024.09.015
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.09.015
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