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破解液流电池腐蚀难题，我国科学家开发出长寿命多电子转移溴基液流电池新体系
2025年12月23日 11:09:31
来源：化工仪器网 作者：杨 点击量：4762
研究团队针对这一难题，创新性地开发出新型溴双电子转移反应路径。团队在溴电解液中引入连接吸电子基团的胺类化合物作为“溴清除剂”，将电化学反应中产生的溴单质转化为稳定的溴代胺类化合物。
近日，中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部李先锋研究员团队在溴基液流电池领域取得突破，开发出一种新型溴基两电子转移反应体系，实现了长寿命锌溴液流电池的概念验证及系统放大。在放大至5kW级的系统测试中，采用新技术的电池稳定运行超过700个循环，能量效率保持在78%以上。
溴基液流电池是一种大规模储能技术，其运作原理主要基于溴离子(Br⁻)与溴单质(Br₂)之间的氧化还原反应。这种电池具有多项优势：溴元素的电极电势高，资源相对丰富且成本较低，在电解液中溶解度高，使其在规模化储能领域备受关注。
在传统锌溴液流电池中，充电时溴离子被氧化生成溴单质，放电时则发生逆过程。这种反应机制理论上能够提供较高的能量密度，但也带来了严重的技术挑战。长期以来，锌溴液流电池面临的主要挑战是强腐蚀性。充电过程中，电解液中会产生大量具有强腐蚀性的溴单质。传统解决方案通常需要采用价格昂贵的特种材料，如氟化物离子交换膜，这大幅增加了电池的整体成本。
研究团队针对这一难题，创新性地开发出新型溴双电子转移反应路径。团队在溴电解液中引入连接吸电子基团的胺类化合物作为“溴清除剂”，将电化学反应中产生的溴单质转化为稳定的溴代胺类化合物。与传统的单电子转移方法(Br⁻到Br₂)不同，这项新技术实现了从Br⁻到Br⁺(溴代胺类化合物)的双电子转移。这一创新设计使电解液中游离溴单质浓度大幅降低，显著减少了电解液的腐蚀性。基于新型溴双电子转移反应体系的锌溴液流电池表现出全面而显著的性能提升。传统电池因腐蚀问题寿命较短，而采用新技术的电池实现了超过700次循环稳定运行，总寿命超过1400小时。
在能量效率方面，传统体系相对较低，而新型体系的能量效率超过78%。更为重要的是，新型体系对关键材料的要求大幅降低，不再需要耐腐蚀特种材料(如昂贵的氟化物膜)，转而可使用廉价的SPEEK膜。实验证明，得益于电解液中极低的溴单质浓度，即使使用廉价且耐腐蚀性较差的SPEEK膜组装的电池，仍能实现长期稳定运行。
由于腐蚀问题得到解决，电池对关键组件的材质要求大幅降低，不再依赖价格高昂的氟化物膜和特种防腐材料。据相关分析，这一改进使电解液成本从128美元/kWh降至75美元/kWh，降幅达41%。
这项突破为锌溴液流电池的大规模应用开辟了道路。凭借高安全性、长寿命与日益优化的成本结构，这类电池未来有望成为电网级储能的理想选择。锌溴液流电池适用于风电、光伏等波动性可再生能源的并网调节，在电网频率调控、应急备用电源及离网供电系统等场景中具有重要应用潜力。研究团队已经实现了这项技术的概念验证及系统放大，为锌溴液流电池的进一步应用推广奠定了坚实基础。
相关成果Grid-scale corrosion-free Zn/Br flow batteries enabled by a multi-electron transfer reaction于近日发表于《自然-能源》(nature energy )。
参考来源：中国科学报
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