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a)无隔膜Zn/MnO2液流电池的结构
b) 充电电流和放电电流均为2 mA时该电池的充放电曲线
c) 充电电压为2.0 V、放电速率为4C时该电池的充放电曲线
d) 该电池循环运行1000次的过程中所保留的容量
图2. 无隔膜Zn/MnO2液流电池的表征
a) 第一次充电后碳毡的SEM图
b-d) 第一次放电的电压分别为1.6 V、1.3 V、1.0 V时碳毡的SEM图
e-f) 第一次充电后沉积在碳毡表面的正极材料的XRD和XPS图
图3. 不同放电速率下的充放电曲线和相应的XPS表征
a) 充电电压为2.0 V时不同放电速率下的首次充放电曲线
b) 充电电压为2.0 V时不同放电速率下的第十次充放电曲线
c, d) 首次放电终止电压为1.4、1.3和1.0 V时正极材料的XPS图
图4. Mn2+浓度和电解液pH值对电池性能的影响
a) 电解液含有0.5 M Mn2+和1 M Zn2+(pH值为4.1)的电池的充放电曲线
b) 电解液含有3 M Mn2+和1 M Zn2+(pH值为3.0)的电池的充放电曲线
c,d) 采用浓硫酸调节电解液pH值约为2.2和1.8时,电池的充放电曲线
图5. 单位面积容量放大的无隔膜Zn/MnO2液流电池
a-b) 面积比容量为1 mAh cm−2时电池的充放电曲线和相应的500个循环内保留的容量
c-d) 容量为10 mAh时电池的充放电曲线和相应的500个循环内保留的容量
图6. 叠片式1.2 Ah级无隔膜Zn/MnO2液流电池的构造和电化学性能
a) 构造大面积叠片式Ah级电池的原材料
b-c) 大面积叠片式Ah级电池的照片和结构图
d) 2.0 V电压下充电到1.2 Ah,然后在电流为500 mA时放电到1.0 V的充放电曲线
e)电压为2.0 V时充电到1.2 Ah,然后在电流为1000 mA时放电到1.0 V时,经过500个循环所保留的容量
研究团队制备了无隔膜Zn/MnO2水系液流电池。它放电电压约为1.78 V,良好的倍率性能(从0.5C到10C),在面积比容量为0.5 mAh cm−2时经过1000个循环容量几乎无损失;在面积比容量为2 mAh cm−2时经过500个循环容量保留大约95%。而且,它能被扩展到容量为1.2 Ah,第500个循环容量可保留89.7%。这项工作为制备下一代低成本的、安全的电网规模储能体系打下了坚实的基础。
文献链接:Membrane‐Free Zn/MnO2Flow Battery for Large‐Scale Energy Storage(Adv. Energy Mater., 2020, DOI:10.1002/aenm.201902085)
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