成本低且爆炸风险小…发现大幅提升“氧化还原液流电池”的新材料
UNIST Lee Hyeonuk教授团队连续发表两篇新材料论文
能量密度比钒电解液高出1.3倍以上
一种利用廉价物质、比锂离子电池更安全的“氧化还原液流电池”系统，其性能提升的新研究正不断涌现，受到全球学界关注。
由国内研究团队发布的一种可大幅提升氧化还原液流电池性能的新型材料，有望成为新材料开发的基石。
蔚山科学技术院（UNIST，校长 Lee Yonghoon）能源化学工程系 Lee Hyunwook 教授团队与韩国科学技术院（KAIST） Seo Donghwa 教授团队于22日表示，他们开发出一种新型氧化还原液流电池。
研究团队通过在发生氧化还原反应的物质上引入稳定配体，大幅改善了氧化还原液流电池的性能。团队提出的物质是以铁–铬及铁–锰为活性物质的氧化还原液流电池，相比现有的钒体系，价格更低且元素更为丰富。
氧化还原液流电池是一种利用电池正负极活性物质产生能量的氧化还原反应来储存能量的系统。与锂离子电池相比，其爆炸风险更低，因而作为安全电池备受关注。
然而，目前在氧化还原液流电池中起核心作用的钒，其储量集中于少数国家，价格波动较大是其一大缺点。此外，由于工作电压较低、氧化还原反应速率较慢，电池性能提升也面临一定局限。
研究团队利用了在铁、铬、锰等过渡金属离子上配位六个氰配体（CN-）形成的八面体结构“六氰金属酸盐”。
由于其具有优异的电化学特性，研究团队首次在全球范围内提出将六氰金属酸盐用作负极电解液，从而大幅改善了稳定性问题。
能源化学工程系教授 Lee Hyunwook 表示：“我们一直在持续考虑将氧化还原液流电池用于储能装置，但由于钒价格过高，在实现大规模应用方面存在问题”，“本次研究通过开发成本低且性能优异的材料，在一定程度上破解了氧化还原液流电池面临的难题。”
研究团队利用六氰金属酸盐驱动了铁–铬与铁–锰两种类型的氧化还原液流电池。以铁–铬氧化还原液流电池为例，在进行500次以上反复充放电实验后，仍保持了99%以上的高库仑效率；实现了超过1.5伏的高电压，其能量密度达到38.6 W L-1，比现有氧化还原液流电池高出1.3倍以上。
在铁–锰氧化还原液流电池中，六氰锰酸盐被用作负极电解液。该物质能够发生两次氧化还原反应，即“二电子反应”，在相同浓度下可使能量密度提升2倍。
研究团队通过对物质进行紫外光照射并测定分子振动的拉曼分析法，确认在充放电过程中二电子反应能够顺利进行，并通过100次以上反复充放电实验验证了其稳定性。
第一作者、硕博连读研究员 Jang Jieun 表示：“本次研究在迄今为止利用铬系新材料构建的氧化还原液流电池中，展现出最为优异的性能”，“通过提出具有快速氧化还原反应和二电子反应能力的物质，将为氧化还原液流电池系统多样性的拓展作出重要贡献。”
本研究在蔚山科学技术院、科学技术信息通信部韩国研究财团个人研究项目以及韩国能源技术评价院能源人才培养项目的支持下开展。研究成果分别于7月7日和8月8日在线发表在能源领域知名国际学术期刊《Advanced Energy Materials》和《ACS Energy Letters》上。
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