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　　由于太陽能和風能具有隨機性和間歇性，如何科學有效地將此類可再生能源轉(zhuǎn)化為電能供人類使用及如何科學解決其非穩(wěn)態(tài)特性，緩解電力系統(tǒng)供需矛盾成為所有能源科學家的研究課題之一。水系液流電池儲能技術(RFB)因具有容量和輸出功率相互獨立、系統(tǒng)設計靈活、壽命長及安全性極高等特點，成為大規(guī)模電網(wǎng)能量儲存應用中最為重要的技術之一。傳統(tǒng)的水系全釩液流電池和鋅溴液流電池由于材料成本較高，電解液腐蝕性大及能量密度低(< 60 Wh L-1)等局限性，導致其產(chǎn)業(yè)化進程緩慢。香港中文大學的盧怡君團隊一直致力于研發(fā)各種清潔能源技術，多項創(chuàng)新技術發(fā)表于國際高水平雜志(Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater.等)。近期，盧怡君團隊在國際著名能源雜志Energy & Environmental Science上報道的一種新型高能量密度的鋅-碘溴液流電池技術高達101 Wh L-1，刷新了目前水系液流電池能量密度的記錄(如下圖所示)。該項技術由于使用便宜安全的化學品，中性溫和的水系電解液和低廉的石墨氈電極而極具商業(yè)開發(fā)前景。

　　為了實現(xiàn)液流電池高能量密度和低成本的目標，盧怡君團隊首先通過文獻檢索、科研經(jīng)驗及理論分析鎖定高溶解度的碘化鋅作為主要的活性電解液原料。在碘化鋅液流電池中，碘離子和鋅分別作為正極與負極的電化學活性物質(zhì)。然而為了維持良好的循環(huán)性，在充電時，碘離子的正極反應一般會控制在2/3個電子的傳輸。此正極反應最終的產(chǎn)物為碘三負離子(I3-)，這就意味著有1/3的碘離子“浪費”了。那么，如何能把這“浪費”的1/3的碘離子利用起來呢?盧怡君團隊通過進一步的研究和探索，首次創(chuàng)造性地提出通過在碘溶液中添加溴離子來“解鎖”這1/3的碘離子(如下圖所示)。該項技術發(fā)明，可以將以碘化物為主的電化學儲能體系的理論最大儲能容量再提高1/3。通過實驗驗證，該新儲能體系比未添加溴離子的鋅碘液流電池具有更高的能量密度(高達101 Wh L-1)，循環(huán)性能也十分穩(wěn)定。同時，團隊通過電離子噴霧-質(zhì)譜技術分析確認了該新體系的電化學機理。原來，大量的溴離子在充電過程中取代了碘三負離子中的碘離子形成碘溴離子(I2Br-)，從而“解鎖”了該部分碘離子來進一步貢獻于儲能容量。該新體系的電化學反應由于沒有涉及到任何腐蝕性強的物質(zhì)，盧怡君團隊認為該體系將會是一種極具潛力的電網(wǎng)儲能體系。

　　由于此概念在水系碘化物儲能體系中得到可觀的儲能優(yōu)化，盧怡君團隊試圖將此創(chuàng)新概念引入至非水的碘化物儲能體系。經(jīng)過實驗證明，在碘化物活性非水電解液中添加溴離子來增大儲能容量的方法也適用于非水體系。在接下來的科研探索中，盧怡君團隊將通過研發(fā)低廉且性能好的電極材料和膜材料來繼續(xù)優(yōu)化這些具備前景的儲能體系。

　　來源：X-MOL