大連化物所研制出長壽命鋅基液流電池用複合離子傳導膜
http://www.1718001.com 2020-03-18 14:42:45 儀表網

  近日,中國科學院大連化學物理研究所儲能技術研究部(DNL17)研究員李先鋒、張華民團隊在長壽命鋅基液流電池複合離子傳導膜研究方面取得新進展。

  鋅基液流電池(ZFBs)儲能技術因其具有成本低、安全性高、環境友好等特點,在分布式儲能領域展現出良好的應用前景。但是,由于鋅枝晶/鋅累積的問題,該類電池的發展受到循環壽命差和充放電性能差的限制。離子傳導膜可調控鋅沈積形貌和抑制枝晶生長,在提高電池循環穩定性方面發揮了重要作用。前期,研究團隊發現通過膜材料荷電特性可實現對鋅沈積方向和形貌的調控,從而大幅度提高鋅基液流電池的面容量和電池的循環穩定性。

  氮化硼具有抗化學侵蝕性質,不被無機酸和水侵蝕。在熱濃堿中硼氮鍵被斷開。1200℃以上開始在空氣中氧化。熔點爲3000℃,稍低于3000℃時開始升華。真空時約2700℃開始分解。微溶于熱酸,不溶于冷水,相對密度2.25。壓縮強度爲170MPa。在氧化氣氛下最高使用溫度爲900℃,而在非活性還原氣氛下可達2800℃,但在常溫下潤滑性能較差。碳化硼的大部分性能比碳素材料更優。對于六方氮化硼:摩擦系數很低、高溫穩定性很好、耐熱震性很好、強度很高、導熱系數很高、膨脹系數較低、電阻率很大、耐腐蝕、可透微波或透紅外線。

  該工作在前期研究工作基礎上,將具有高導熱性和高機械強度的氮化硼納米片(BNNSs)引入到多孔基膜中制備出複合離子傳導膜。面向負極的BNNSs一方面可以有效改善電極表面溫度分布,並進一步調節鋅沈積形貌;另一方面,其高機械強度的特性可有效阻擋過度生長的鋅枝晶對膜材料造成破壞,兩方面的協同作用可顯著提高電池的循環壽命。

  導熱是依靠材料中的電子、原子、分子和晶格熱運動來傳遞熱量。但材料性質不同,其主要導熱機理不同,效果也不一樣。一般來說,金屬的熱導率大于非金屬,純金屬熱導率大于合金。物質三態中,固態熱導率最大,液態次之,氣態最小。例如:標准大氣壓下0℃時的冰、水和水蒸氣的熱導率分別爲2.22W/(m·K)、0.55W/(m?K)和0.183W/(m?K)。

  金屬導熱主要依靠自由電子的熱運動,導電性能好的金屬材料其熱導率也大。金屬熱導率範圍在2.3~420W/(m?K),銀是420W/(m·K)。但純金屬內加入其他元素成爲合金後,由于這些元素的嵌入,嚴重阻礙自由電子的運動,使熱導率大大下降。例如純銅的λ=398W/(m?K),加人30%的鋅後純銅變成黃銅,λ僅爲109W(m?K)。

  利用该膜组装的碱性锌铁液流电池,在80 mA/cm2电流密度条件下稳定运行500次充放电循环(近800 h)无明显衰减。即使在200 mA/cm2电流密度条件下,能量效率也超过80%。研究结果对锌基电池中锌负极的调控具有重要的借鉴意义。

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