電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道
近日，中國科學(xué)院金屬研究所唐奡、李瑛研究員團隊在該領(lǐng)域取得里程碑式突破，通過高空間位阻與負電荷界面協(xié)同設(shè)計，研發(fā)出超穩(wěn)定鐵配合物負極電解液，讓堿性全鐵液流電池實現(xiàn)6000次超長循環(huán)無容量衰減，相關(guān)成果刊發(fā)于能源領(lǐng)域頂刊《AdvancedEnergyMaterials》，為長時儲能商業(yè)化提供了全新技術(shù)路徑。

當前液流電池賽道中，全釩體系已實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，但釩資源稀缺、成本高企的問題難以根治，而鐵元素在地殼中儲量充足、價格親民，全鐵體系天然具備成本與資源可持續(xù)性優(yōu)勢。堿性體系更能規(guī)避酸性環(huán)境下的金屬沉積與腐蝕問題，適配電網(wǎng)級長時儲能場景。

此前行業(yè)普遍面臨的核心痛點在于，負極鐵配合物易被氫氧根侵蝕導(dǎo)致分解失效，同時配體與活性物質(zhì)跨膜滲透引發(fā)交叉污染，電池循環(huán)數(shù)百次便出現(xiàn)明顯容量衰減，無法滿足儲能系統(tǒng)十年以上的服役要求。

中科院金屬所團隊從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計切入，以羥基、磺酸基有機配體為基礎(chǔ)，完成11種精準調(diào)控結(jié)構(gòu)的鐵配合物合成與篩選，最終鎖定[Fe(HPF)BHS]??雙配體螯合負極液，通過多齒強配位構(gòu)建大空間位阻結(jié)構(gòu)，并借助磺酸基與羥基形成負電荷界面，利用Donnan排斥效應(yīng)構(gòu)筑雙重防護屏障，既阻斷氫氧根對鐵離子中心的攻擊，又大幅降低配體跨膜速率，從根源解決電解液失效難題。

性能測試數(shù)據(jù)印證了技術(shù)突破的硬核實力，在80mA?cm?2電流密度下，電池穩(wěn)定運行超6000次循環(huán)且容量無衰減，平均庫侖效率高達99.4%；150mA?cm?2高電流密度工況下，能量效率仍保持78.5%，峰值功率密度達到392.1mW?cm?2；即便在0.9M高濃度電解液條件下，電池可穩(wěn)定循環(huán)2000次，能量效率維持71.5%。

多尺度表征結(jié)果顯示，該雙配體體系能重塑鐵離子溶劑化結(jié)構(gòu)，配體滲透速率較傳統(tǒng)體系降低兩個數(shù)量級，6000次循環(huán)后無沉淀生成、無副產(chǎn)物累積，電極界面與電解液結(jié)構(gòu)保持完好，電化學(xué)可逆性未出現(xiàn)退化，徹底改寫了堿性全鐵液流電池穩(wěn)定性不足的行業(yè)現(xiàn)狀。

此次突破不僅是性能指標的提升，更建立了全新的鐵基電解液設(shè)計準則，為液流電池技術(shù)迭代提供了理論支撐。相較于依賴稀有金屬的儲能路線，該技術(shù)以低成本鐵基材料為核心，配合自主化配體設(shè)計與電解液制備工藝，可顯著降低儲能系統(tǒng)初始投資與全生命周期成本，特別適配風(fēng)電光伏基地配套儲能、電網(wǎng)削峰填谷、工業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)等場景。

在雙碳目標推進過程中，長時儲能是解決新能源間歇性、波動性的關(guān)鍵支撐，這項技術(shù)突破讓全鐵液流電池從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的步伐大幅加快，填補了低成本、長壽命、高安全儲能技術(shù)的市場空白。