李先锋研究员团队开发出高能量密度锰基混合单液流电池

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近日，我所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员团队提出了一种基于Br-辅助MnO2放电的混合型液流电池，具有能量密度高、可逆性高的优势。
　　液流电池（FBs）由于安全性高、寿命长、效率高等优势，在大规模储能领域受到了广泛关注。然而，目前液流电池能量密度较低，一定程度上限制了其进一步发展。Mn2+/Mn3+具有电极电位高、溶解度高、电化学动力学良好、成本低等优势，在高能量密度液流电池中有较好的前景。然而，氧化态Mn3+面临严重的歧化副反应容易导致“死锰”的积累，影响电池的能量密度、可逆性和循环稳定性。
　　本工作中，该团队通过在Mn2+的酸性电解液中引入Br-，在充电过程中，Br-/Br2（1.08V vs. SHE）和Mn2+/Mn3+（1.56V vs. SHE）两个电化学过程在电极上依次发生，并且伴随Mn3+到MnO2的歧化副反应。对于放电过程，未歧化的Mn3+和部分MnO2在电极表面被还原成Mn2+；随后，部分Br2被还原成Br-并且可以与电极上残留的MnO2发生化学反应生成Br2继续参与放电，通过化学—电化学放电提高整个充放电过程的可逆性。

　　基于上述设计，该团队以Cd/Cd2+作为负极组装成全电池（BMFB），该电池可在80mA/cm2下稳定运行超过500次循环，电池的能量密度超过360Wh/L；以硅钨酸（SWO）作为负极组装的电池可以稳定运行超过2000次循环。上述设计方案为开发高能量密度、长寿命的锰基电池体系提供了理论指导和技术支持。
　　相关研究成果以“Bromine Assisted MnO2 Dissolution Chemistry: Toward a Hybrid Flow Battery with Energy Density of over 300 Wh L-1”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的第一作者是我所DNL17博士研究生刘韵。上述工作得到国家自然科学基金、中科院电化学储能技术工程实验室、中科院A类先导专项“变革性洁净能源关键技术与示范”等项目的支持。（文/图 谢聪鑫、刘韵）
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202213751
       文章来源：大连化物所
      李先锋，男，1979年7月生于山东沂水，中国科学院大连化学物理研究所，研究员，博士生导师。中组部“万人计划”青年拔尖人才，中科院卓越青年科学家获得者，辽宁省百千万人才工程“百层次”人才。大连化学物理研究所储能技术研究部部长，电池材料与关键技术研究组长。长期从事大规模电化学储能技术的研究开发工作。成果荣获包括“2015年国家技术发明二等奖”（排名3），中国科学院杰出科技成就奖（突出贡献者，排名2）、 “辽宁省技术发明二等奖”（排名第2）等科技奖励。获 “中国科学院卢嘉锡青年人才奖”，“第三届“中科院沈阳分院优秀青年科技人才奖”，“辽宁省青年科技奖”，等奖励。入选中组部青年拔尖人才计划，中国科学院卓越青年科学家项目、大连市杰出青年科技人才等。为首届中科院青年创新促进会会员，中国膜工业协会电驱动膜专业委员会委员，中国材料研究学会青年工作委员会理事。迄今为止共发表SCI论文100余篇，其中Energy & Environmental Science 6篇，Angew. Chem. Int. Ed 1篇， Advanced Functional Materials 2篇，Nano energy 1篇。迄今为止，论文他引次数2500余次， H 因子30。2015年开始担任“Scientific Reports”杂志编委。申报发明专利100余项，国际专利6项。授权20余项。作为负责人主持国家科技部973计划课题、国家自然科学基金，中组部青年拔尖人才计划项目、中科院重要方向性项目等多项项目与课题。