华中科大Joule：搅拌式自分层电池，用于大规模储能

痴迷文献

2020-04-16

未来的电网将需要大型电能存储（EES）系统，以缓冲间歇性供应太阳能和风电的影响并平衡电力供需。由于其高能效和安装灵活性，许多可再充电电池已被用于建立EES站，例如铅酸电池，锂离子电池（LIB），锌空气电池和氧化还原液流电池（RFB）。然而，仍然迫切需要改进当前电池技术，例如延长循环寿命，提高安全性和降低成本。在化工业中，搅拌是最常用的促进传质和加速化学反应的方法。如果能在电池中引入搅拌，则电化学反应速率将不再受扩散限制。同时，不再需要常规电池中的复杂的多层薄层结构，并且可以显著降低制造成本。然而，当制造搅拌电池时，必须确保搅拌不会混合电池中的氧化和还原活性物质，这对于常规电池设计而言是非常困难的。

有鉴于此，为了降低电池制造成本，华中科技大学沈越副教授，黄云辉教授报道了一种不需要任何膜或堆式反应器的搅拌式自分层电池（SSB）。

文章要点：

1）SSB是根据相分离和微分溶解度原理设计的。它具有热力学稳定的结构，该结构由顶部有机正极，中间电解质水相和底部锌金属负极组成。加入全部配方后，重力作用自发形成晶胞。硫酸（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基[TEMPO]及其氧化态）溶解并严格限制在有机阴极电解液中。

2）水性电解质层包含高浓度的无机盐，但是不包含氧化性物质。它将锌负极与氧化性正极电解液分离。因此，即使进行搅拌以加速充放电反应，也消除了自放电，库仑效率（CE）高于99％。

3）与传统的RFB一样，SSB在循环过程中保持溶解的氧化还原物质的良好稳定性。此外，SSB本质上不受其他可充电电池常见故障机制的影响，例如电极晶体结构变差，Zn枝晶生长和膜交叉引起的问题。因此，它在长期循环中表现出极好的稳定性。

Jintao Meng, et al, A Stirred Self-Stratified Battery for Large-Scale Energy Storage, Joule, 2020

DOI：10.1016/j.joule.2020.03.011.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435120301264