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近日,中国科学技术大学化学与材料科学学院陈维教授课题组在国际期刊Nature Communications发表了题为“Constructing robust interfaceforanode-free zinc batteries with ultrahigh capacities”的研究型论文。论文中设计了一种稳定的金属/金属-锌合金异质结界面层,实现了大面容量(200mAh/cm2)下无锌枝晶的稳定沉积和溶解反应以及高达274Wh/kg的锌溴电池能量密度。另外,大容量锌溴电池展示出优异的循环稳定性,电池模组与光伏面板集成展示了其对可再生能源的存储能力。
水系锌电池具有低成本、长寿命、高安全的特点,是下一代大规模储能电池技术最有力的竞争者。然而锌电池面临一系列的问题,严重影响了其产业化进程:1)锌负极存在不可控的副反应如枝晶生长、析氢等,限制了电池的循环寿命;2)锌电池中过高的正负极比和较低的面容量降低了电池的能量密度;3)缺乏对Ah级大容量电池的性能研究及其在储能系统中的应用探索。
该论文设计了一种二维锑/锑锌合金(Sb/Sb2Zn3)异质结界面层用于稳定锌在大面容量下的沉积/溶解。Sb/Sb2Zn3异质结界面在锌沉积过程中表现出对锌原子较强的吸附性及均匀的电场分布,从而实现了200 mAh/cm2超高面容量下无枝晶的锌沉积/溶解(图1)。此外,使用Sb/Sb2Zn3异质结构界面修饰的无锌负极与溴正极结合装配成了无负极锌溴电池,显示出274 Wh/kg的理论能量密度以及62Wh/kg的实际能量密度。容量为500毫安时的大容量锌溴电池表现出超过400次的稳定循环。进一步放大到1.5Ah的电池在不同的串并联形式下均表现出优异的放电电压和效率。此外,能量为9 Wh (6 V,1.5 Ah) 的锌溴电池模组与光伏板集成展示了其实用的可再生能源储存能力(图2)。本论文通过设计金属/金属锌合金异质结界面获得了具有优异性能的无负极锌溴电池,这将为锌电池在大规模储能中的应用开辟新的道路。
图1. Sb/Sb2Zn3异质结界面层稳定锌沉积的机理。a锌沉积在锌箔和Sb/Sb2Zn3异质结界面层上的示意图;b锌在锌箔和Sb/Sb2Zn3异质结界面层上的吸附能;c, d锌在锌箔和Sb/Sb2Zn3异质结界面层上的电荷密度分布;e, f锌箔和Sb/Sb2Zn3异质结界面层在锌沉积过程中的电流密度分布。
图2. 大容量锌溴电池的研究及其在储能中的实际应用。a 大容量锌溴电池结构示意图;b 大容量锌溴电池的实物图;c容量为500 mAh电池的循环曲线; d 单体容量为1.5 Ah的锌溴电池在不同连接形式下的放电曲线;e, f 9 Wh(6 V, 1.5 Ah)的锌溴电池模组存储可再生能源的应用展示。
近年来,陈维教授课题组致力于大规模储能电池的研究和应用开发,已在水系金属离子电池储能体系(Nat. Commun.14 (2023) 76,Angew. Chem. Int. Ed.(2022) e202214966;Adv.Mater.34 (2022) 2203249;Adv.Energy Mater.12 (2022)2103352;Adv.Energy Mater.12(2022)2103705;Energy Storage Mater.47 (2022)113-121;Adv.Energy Mater.5 (2021) 2002904;eScience1 (2021) 178-185),可充电氢气电池储能体系(Chemical Reviews122 (2022) 16610-16751;Nat. Commun.13 (2022) 2805;J. Am. Chem. Soc.143(2021) 20302-20308;JACS Au2023;Adv. Funct. Mater.31 (2021) 2101024;Energy Storage Mater.42 (2021) 464-469;Mater. Today Energy19 (2021) 100603;Nano Lett.20 (2020) 3278-3283)等研究方向取得了一系列重要的阶段性成果。
中国科学技术大学化学与材料科学学院的博士生郑新华和博士后刘再春为该论文的共同第一作者,中国科学技术大学化学与材料科学学院、合肥微尺度物质科学国家研究中心的陈维教授为该论文的通讯作者。大规模储能电池系列研究工作得到中国科大人才团队项目和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。
论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-35630-6
(化学与材料科学学院、微尺度物质科学国家研究中心、科研部)
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北极星储能网获悉,1月15日,陕西省旬阳市与江苏多益能源科技有限公司签订新型电池储能系统项目。根据协议,新型电池储能系统项目计划总投资1.5亿元,拟在高新区苏陕捷明乐科创园新建标准化厂房1万平方米,建设新型电池储能系统智能化生产线6条,年产能达到1G瓦时,配套建设道路、管网、绿化、安全、环
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北极星储能网获悉,1月13日,中核集团西藏山南市扎囊县民信光伏电站增配储能技改项目EPC总承包中标候选人公示。中标候选人第一名中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司,投标价3498.3723万元,单价1.75元/Wh。中标候选人第二名中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司,投标价3888.2375万元
在西班牙,与可再生能源共建的新能源储能项目将有资格在一周后启动的政府计划中获得40-65%的投资成本。2022年12月28日,生态转型和人口挑战部(MIECO)发起了一项关于混合或共建储能项目的援助呼吁(convocatoriadeayudas)。提交申请的期限为2023年1月18日至3月20日。该部门将提供总额为1.5亿欧元(1.
北极星储能网获悉,10月15日下午,江苏恒安锌溴液流储能电池项目一期试产,项目总投资5亿美元,规划产能4.5GWH,将与华能、华电、国能、国电投、中节能等企业开展全面合作,供应全国乃至全球市场,项目全面达产后,预计年产值50亿元,税收3亿元以上。其中,项目一期规划产能1.5GWH,预计年产值15亿元。
随着汽车行业向电气化转变,电池技术也在迅速发展。据外媒报道,澳大利亚公司GelionTechnologies发现了一种更经济、更耐用的锌溴液流电池。与锂离子电池不同,其设计采用的材料并不稀有、昂贵,也不易燃。以前,人们将锌溴构成用于液流电池。现在该公司在其设计中进行适当缩减以适应车辆应用。Gelion的
据外媒报道,钒氧化还原液流电池(VRFB)供应商CellCube公司日前表示,已与美国钒业公司达成了一项每年供应300万升电解液的为期五年协议;此外,全球安全认证机构美国保险商实验室(UL)将对澳大利亚锌溴液流电池生产商Redflow公司锌溴液流电池进行测试。CellCube与美国钒业达成协议的规模扩大了五倍在去年
近日,中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部(DNL17)李先锋研究员和袁治章研究员团队开发出面向用户侧的30kWh锌溴液流电池系统。该系统由电解液循环系统、2个独立的电堆、以及与其配套的电力控制模块组成,设计容量为30kWh。经测试,该系统在额定10kW功率下放电时,放电电量为30kWh。该系统可
从电池类型来看,预测期内,混合液流电池类型将年以最高复合年增长率增长。由于混合液流电池具有高能量密度、紧凑尺寸和低成本等优点,混合液流电池的采用率正以可观的速度增长。锌溴、锌铈和铅酸是最突出的混合液流电池类型。与其他液流电池相比,锌溴混合电池提供了最高的能量密度。近年来,多个国家开展了多项研究计划,以探索混合液流电池的潜力并构建更紧凑、成本更低的系统。
据外媒报道,总部位于布里斯班的液流电池厂商Redflow公司日前为西澳大利亚州一家饲料公司安装了由锌溴液流电池构建的600kWh电池储能系统,有效地摆脱电网电力依赖,并降低80%柴油发电成本。Redflow公司日前表示,位于西澳大利亚州饲料生产商SeminiCustomFeeds公司已经订购了60个10kWh电池储能系统。预
北极星储能网获悉,近日中电兴发在投资者交流平台表示,现在主要产品是储能系统集成系统产品以及主要集成锂电池。投资者提问:公司与美国ZBB公司研发生产的锌溴液流储能电池业务情况如何?中电兴发:公司参股投资设立的安徽美能储能系统有限公司,主要生产锌溴液流储能电池及其管理系统等有关业务,现在
近日,兆新股份在投资者互动平台表示,参股公司上海中锂电池级高纯碳酸锂、氢氧化锂等锂盐产品,主要应用于新能源汽车动力电池、光伏储能电池等领域。子公司北京百能拓展锌溴储能电池模块及系统的销售业务。提问:经了解贵司有投资磷酸铁锂及液流电池产业,请问是否属实。兆新股份:公司参股公司上海中
北极星储能网获悉,12月11日,工信部发布关于印发2019年第三批行业标准制修订项目计划的通知。2019年第三批共安排项目计划526项。其中制定394项、修订132项;重点专项标准279项、基础公益类标准48项、一般标准199项;产品类标准456项、工程建设标准6项、节能与综合利用标准64项。项目包括天能电池集团
据外媒报道,澳大利亚液流电池制造商Redflow公司日前与新西兰农村互联集团(RCG)达成协议,Redflow公司提供的锌溴液流电池储能系统为其连接扩展到偏远地区的数千个家庭用户和企业移动网络和互联网设施提供电源。新西兰政府于2017年创建了新西兰农村互联集团(RCG),这是一项重要的基础设施项目,旨在
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