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JACS||一种高能双功能氧化还原液流锂电池

引      言

与锂离子电池相比,氧化还原液流电池(RFB)具有分离的能量释放和能量存储单元,因此具有优异的可扩展性,操作灵活性和大规模应用的安全性,然而较低的能量密度和相对较高的成本限制了其实际应用。 

究其根本, RFB的能量密度主要受制于电解质中可溶性氧化还原物质的浓度。其次,较窄的电压窗口是水性RFB的另一个限制因素。因此,开发具有较大工作电压的非水RFB和更高的氧化还原介质浓度是关键。

成果简介

JACS||一种高能双功能氧化还原液流锂电池

图1. (a) 10mM TMPD●+(红色线)在0.5M LiTFSI/DEGDME电解液中以50mV/s扫速进行CV测试.Pt电极作为工作电极,黑色线是LiFePO4 在Swagelok电池中的测试,插图表明了其分子结构。(b) 在具有或者没有2.5mM TMPD●+存在的情况下0.5M LiTFSI/DEGDME在10mV/s下的CV测试。工作电极是包覆有Al2O3或者Al2O3-LiFePO4/FePO4层的FTO玻璃,用于CV测试的对电极和参比电极是Pt线和金属Li,插图想表明了工作电极的双层结构,与CV测试期间的靶向氧化还原反应相关。

鉴于此以及前人的研究成果,新加坡国立大学王庆教授课题组报道了一种Li-LiFePO4 RFLB电池,通过LiFePO4与双功能氧化还原介质(2,3,5,6-四甲基对苯二胺)的靶向氧化还原反应,将其应用于锂离子电池具有极高的能量密度,作为氧化还原液流电池时又具有系统灵活性。 测试表明其能量密度高达1023Wh/L,功率密度为61mW/cm2,电压效率达91%。

 

JACS||一种高能双功能氧化还原液流锂电池

图2. (a) 用于XANES测试的装置示意图。(b)在不同充放电阶段所获得的 LiFePO4的Ex原位XRD图谱。(c) 在不同充放电时间在Fe在LiFePO4/FePO4中的边缘能量演变,插图示意的靶向氧化还原反应的,(1-3)阶段对应于初始,完全充电和完全放电的。(e) LiPO4相在不同充放电时间下的质量比例,正极电解液为0.5M LiTFSI/DEGDME并包含5vol% VC中20mM的TMPD,克分子数相等的LiFePO4粉末负载在碳纸上用于XANES测试,电流密度为0.5mA/cm2和2.6-4.0V的截至电压。

为了弄清氧化还原靶向反应的机理,作者先后使用X射线吸收近边结构谱(XANES)以监测LiFePO4和TMPD之间的反应;采用特殊设计的电极进行CV测量,评估了TMPD的电化学可逆性和循环稳定性;为了评估RFLB中TMPD的性能,制造了RFLB半电池,测试表明电池在不同的电流密度下显示出非常大的提高的库仑效率和相当好的循环稳定性。在LiFePO4的40%利用率下,电池仍然表现出优异的循环性能和库仑效率,远优于LiI/LiFePO4电池,同时也印证了电解质和LiFePO4的良好稳定性;最后,通过稳态极化测量在100%充电状态(SOC)下RFLB电池的功率性能。

结束语

小编才疏学浅,鉴于科学的严谨性,只对全文进行轮廓性的描述,并未对此篇文章进行深入的解读,欢迎各位在液流电池”领域有造诣的大牛多提见解,如原作看到此文,还望不吝释义!

参考文献  

Yun Guang Zhu, Yonghua Du, Chuankun Jia, Mingyue Zhou, Li Fan, Xingzhu Wang, and Qing Wang, Unleashing the Power and Energy of LiFePO4‐Based Redox Flow Lithium Battery with a Bifunctional Redox Mediator, J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/jacs.7b01146

 

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