美國(guó)科學(xué)家分析了氧化還原流電池（RFB）商業(yè)可行性的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

導(dǎo)讀：美國(guó)的科學(xué)家稱(chēng)需要進(jìn)一步研究，深入了解提高氧化還原流電池中電池電壓的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定策略，使其更接近商業(yè)可行性。

美國(guó)匹茲堡大學(xué)的一組科學(xué)家分析了氧化還原流電池（RFB）商業(yè)可行性的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，并認(rèn)為充放電堆中電解質(zhì)和電極之間的電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)是其成功的關(guān)鍵因素。

在發(fā)表在《Joule》上的論文《Harnessing Interfacial Electron Transfer in Redox Flow Batteries》中，研究人員解釋說(shuō)釩氧化還原流電池（VRFBs）由于其先進(jìn)的電解質(zhì)化學(xué)成分，目前被認(rèn)為是最成熟和最流行的RFB技術(shù)，但釩前體和堆棧組件的成本仍然太高，因此，最近對(duì)RFB的研究重新集中在電解質(zhì)設(shè)計(jì)上。

學(xué)者們解釋說(shuō)目前的重大興趣集中在有機(jī)和有機(jī)金屬氧化還原偶，部分原因是由于能夠調(diào)整關(guān)鍵的物理化學(xué)特性，如還原電位和溶解度。這些電解質(zhì)在實(shí)驗(yàn)室研究中表現(xiàn)出了良好的前景，并正在早期階段的商業(yè)設(shè)備中進(jìn)行初步部署。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為效率、壽命和成本是評(píng)估RFB的性能及其與鋰離子技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)能力時(shí)必須考慮的三個(gè)關(guān)鍵因素。它接著說(shuō)在效率方面，到目前為止，釩氧化還原流器件已經(jīng)表明，它們只有在低功率密度下工作時(shí)才能以高效率運(yùn)行。這種效率和功率密度之間的權(quán)衡是由于釩氧化還原偶的動(dòng)力學(xué)限制和膜分離器的傳輸限制。

由于其較低的電解液和堆積成本，不基于釩的氧化還原流電池可能代表了一種更便宜和更高效的替代方案。系統(tǒng)成本經(jīng)常被吹捧為與成熟的二次電池如鋰離子在電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能中的主要優(yōu)勢(shì)，美國(guó)集團(tuán)表示這主要是由于增加流動(dòng)電池的容量只需要使用更多的電解液。

界面電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)被指出是影響RFB中電壓效率的關(guān)鍵因素，而這又是導(dǎo)致與固態(tài)儲(chǔ)能相比往返能量轉(zhuǎn)換效率較低的原因。科學(xué)家們強(qiáng)調(diào)：“理解并最終控制RFB中的界面電子轉(zhuǎn)移，從根本上說(shuō)取決于能否準(zhǔn)確測(cè)量反應(yīng)速率作為應(yīng)用電勢(shì)的函數(shù)，并在RFB運(yùn)行的背景下解釋結(jié)果。需要針對(duì)RFB性能的高質(zhì)量電分析和RFB活性材料的穩(wěn)健表征方法，以幫助未來(lái)的研究在這一問(wèn)題上獲得洞察力。”

此外，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為依靠從電化學(xué)催化中采用的設(shè)計(jì)策略或通過(guò)設(shè)計(jì)具有有機(jī)和有機(jī)金屬分子的電解質(zhì)，表現(xiàn)出固有的快速、外球電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，可以改善氧化還原流儲(chǔ)能的性能。學(xué)者們補(bǔ)充道：“盡管據(jù)介紹，這兩種技術(shù)都受到幾個(gè)關(guān)鍵的限制。RFBs的研究也將大大受益于對(duì)提高電池電壓的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定策略的深入理解。這些很可能是像鋰離子電池一樣穩(wěn)定的非水系RFB所必需的，它們可能對(duì)水系同樣有用?！?/p>

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