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近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部研究員李先鋒、副研究員袁治章團(tuán)隊(duì)在堿性鋅鐵液流電池離子傳導(dǎo)膜方面取得進(jìn)展，制備出高性能堿性鋅鐵液流電池離子傳導(dǎo)膜。

儲(chǔ)能技術(shù)是構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效能源體系的關(guān)鍵技術(shù)支撐。堿性鋅鐵液流電池儲(chǔ)能技術(shù)具有成本低、安全性高、開路電壓高、環(huán)境友好等特點(diǎn)，在分布式儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。目前，堿性鋅鐵液流電池仍存在由于鋅枝晶及鋅累積帶來的穩(wěn)定性等問題；此外，該電池運(yùn)行工作電流相對(duì)較低（即電池功率密度低），導(dǎo)致系統(tǒng)成本偏高。

近年來，該團(tuán)隊(duì)通過離子傳導(dǎo)膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過調(diào)控離子傳導(dǎo)膜的荷電特性（Nat. Commun.，2018）、導(dǎo)熱特性（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）、機(jī)械強(qiáng)度（iScience，2018）等，實(shí)現(xiàn)了鋅的均勻沉積，大幅提高了電池的循環(huán)壽命。

該研究中，為提高堿性鋅鐵液流電池工作電流密度，研究團(tuán)隊(duì)將水滑石納米材料（LDHs）引入到堿性鋅鐵液流電池中，設(shè)計(jì)制備出高性能的水滑石復(fù)合離子傳導(dǎo)膜。通過有效控制水滑石層間距大小，并利用水滑石層間豐富的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，研究團(tuán)隊(duì)提高了膜離子選擇性和離子傳導(dǎo)性。以水滑石復(fù)合離子傳導(dǎo)膜組裝的堿性鋅鐵液流電池，在200 mA/cm2的工作電流密度條件下能量效率達(dá)到82%。此外，團(tuán)隊(duì)還與中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所研究員鄭安民合作，通過AIMD分子動(dòng)力學(xué)模擬，揭示了復(fù)合膜中OH-以Grotthuss機(jī)理在LDHs層間進(jìn)行快速傳遞的機(jī)理。該研究結(jié)果為高性能離子傳導(dǎo)膜的設(shè)計(jì)提供了新思路。

相關(guān)研究成果以Layered Double Hydroxide Membrane with High Hydroxide Conductivity and Ion Selectivity for Energy Storage Device為題，于近日發(fā)表在《自然-通訊》（Nat. Commun.）上。大連化物所2016級(jí)博士研究生胡靜為論文第一作者。研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院電化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中科院交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的支持。



原標(biāo)題：大連化物所制備出高性能堿性鋅鐵液流電池離子傳導(dǎo)膜