近日，我所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员团队在溴基多电子转移液流电池新体系研究方面取得新进展，开发出一种新型溴基两电子转移反应体系，并将其应用于锌溴液流电池中，实现了长寿命锌溴液流电池的概念验证及系统放大。
溴基液流电池依赖于溴离子（Br-）与溴单质（Br2）的氧化还原反应，具有资源丰富、电极电势高，以及溶解度高等优势。然而，在充电过程中产生的大量Br2会对电池材料造成严重腐蚀，显著降低电池的循环寿命，并对电池材料的耐腐蚀性提出了更高的要求，进一步推高了电池成本。传统溴络合剂虽然在一定程度上可以缓解这种腐蚀问题，但其形成的分相结构往往导致均匀性差，增加了系统复杂性。
为解决这一难题，团队开发出一种新型的溴双电子转移反应路径。团队通过在溴电解液中引入胺类化合物作为溴清除剂，将电化学反应中产生的溴单质（Br2）转化为溴代胺类化合物，有效降低溶液中Br2的浓度（约7 mM）。与传统的单电子转移方法（Br⁻到Br2）不同，该反应实现了从Br-到Br+的双电子转移，提高了电池的能量密度。同时超低的溴浓度降低了电解液腐蚀性，提高了电池寿命。
团队进一步将这一新反应应用于锌溴液流电池。实验表明，得益于电解液中极低的Br2浓度，采用传统非氟离子交换膜（SPEEK）组装单电池可实现长期稳定运行，降低了电池成本。在放大至5 kW级系统测试中，该电池在40 mA cm-2的条件下可以稳定运行超过700个循环，能量效率超过78%。由于Br2浓度极低，循环前后电池的关键材料如集流体、电极和膜材料均未出现腐蚀现象。
该工作为长寿命溴基液流电池的设计提供了新思路，为锌溴液流电池的进一步应用推广奠定了基础。
相关成果以“Grid-scale Corrosion-free Zn/Br Flow Batteries Enabled by Multi-electron Transfer Reaction”为题，近日发表于《自然-能源》（Nature Energy）上。该工作的第一作者为DNL17博士研究生徐越。上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院A类先导专项“基于高比例可再生能源的储能关键技术与示范”等项目的支持。（文/图 谢聪鑫、徐越）
