UNIST开发无爆炸大容量ESS“铁-铬液流电池”寿命提升技术

一种能够延长“铁-铬系液流电池”寿命的技术已经问世，这类电池是一种不会发生爆炸的大容量电力储能装置（ESS）。

这项技术为安全储存风力、太阳能等发电量波动较大的可再生能源电力，并在需要时取用，打开了新的可能性。

UNIST能源化学工程系 Lee Hyeonuk 教授研究团队与KAIST Seo Donghwa 教授、美国得克萨斯大学 Guihua Yu 教授团队共同合作，找出了铁-铬液流电池性能衰减的原因，并通过调控电解质组成，开发出了在反复充放电后仍能保持容量的电池。

研究团队，（自左起）Professor Lee Hyunuk，研究员 Vidiya Muralidaran（第一作者），博士 Jang Jieun（第一作者） UNIST提供

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与普通电池不同，液流电池的电极材料以溶解在水中的电解液形式存在。电解液本身就像电极一样发挥作用，因此可视为“液体电极”。在储存或释放电能时，只需用泵让电解液流动即可。由于使用的是水而非挥发性电解质，因此不存在爆炸风险；同时，只要调节储罐中电解液的量，就能自由改变电力储存容量，非常适合用来储存风力或太阳能这类发电输出不稳定的可再生能源。

联合研究团队查明了高功率铁-铬系液流电池性能下降的原因，并据此设计了可改进性能的电解液。铁-铬系液流电池虽然价格竞争力突出，但由于铬的反应性较弱，充电速度慢，输出功率也偏低。往电解液中加入一种名为六氰合铬酸盐（[Cr(CN)6]4-/3-）的物质可以提高输出和充电速度，但在反复充放电过程中，电池容量会急剧下降。

研究团队发现，问题源于包围铬离子的氰根（CN⁻）离子被氢氧根（OH⁻）离子取代的现象。在充电过程中会生成过量氢氧根离子，这些氢氧根离子取代氰根离子的位置，从而破坏电解液的结构。

研究团队通过调节电解液中氰根离子与氢氧根离子的浓度比，抑制了这一反应，并据此提出了一种能够稳定维持电解液化学结构的电解液配比。采用这一配比的铁-铬液流电池在反复充放电250次以上后，仍然保持了容量和效率等性能。

Lee Hyeonuk 教授表示：“本研究展示了即使用廉价的铁、铬系电解液，也有可能制造出可长期使用的高功率液流电池”，“这一技术在可再生能源发电量大、且国土面积足以大规模安装液流电池的中国及欧洲国家引起了高度关注。”

在各类液流电池中，钒液流电池的商业化程度最高，但钒价格昂贵，且其矿藏量集中在特定地区。

铁-铬液流电池的工作原理与电解液稳定化策略示意图。

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本研究得到了科学技术信息通信部韩国研究财团源头技术国际合作开发项目、个人研究项目以及国家科学技术研究会全球TOP战略研究团支持项目的资助。

研究成果已于7月2日在线发表在化学领域权威学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。

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