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電網規模的儲能對于可靠的電力傳輸和可再生能源整合至關重要，氧化還原液流電池（RFB）為固定式儲能提供經濟實惠且可擴展的解決方案。然而，目前大多數RFB都是基于昂貴的過渡金屬離子或合成有機物。

在此，美國馬里蘭大學王春生教授、華東理工大學陳龍研究員等人報道了一種具有可逆Cl₂/Cl^–氧化還原物質的新型RFB，該電池通過電解飽和NaCl水系電解液（NaCl/H₂O）并將生成的Cl₂提取、存儲在四氯化碳（CCl₄）或礦物油液流中。在充電過程中，Cl₂是由氧化RuO₂-TiO₂@C電極中的Cl^–產生的，與Ag/AgCl參比電極相比，該反應顯示出1.2?V的恒定電位。

在放電過程中，CCl₄中的Cl₂在工作電極中被還原為Cl^–并進入NaCl/H₂O，CCl₄流的存在將庫侖效率（CE）從8% 顯著提高至97%。由于Cl₂在CCl₄中的溶解度比在NaCl/H₂O中高三個數量級，充電過程中產生的Cl₂可以儲存在CCl₄中，并防止其擴散到NaCl/H₂O中。

圖1. 氯液流電池（CFB）的示意圖和電化學性能

因此，Cl₂-CCl₄有機相提供了幾個理想的特性：

1）當使用6.0?mL CCl₄時，Cl₂/Cl^–轉換的最大可逆容量為600?mAh，使得Cl₂-CCl₄的容量為97?Ah/L；

2）與NaCl/H₂O不相容，因此不需要膜來防止穿梭從而進一步降低成本；

3）具有0.819 mPa.s的低而恒定的粘度，與釩基水系正極液的高而可變的粘度（1.4~3.2 mPa.s）形成對比，因此很容易流動；

4）易潤濕多孔碳電極，顯著提高了Cl₂儲存和反應的表面積；

5）Cl₂在CCl₄中具有高的擴散率，最大限度地降低了傳質的能量消耗。

此外，全CFB在10?mA/cm²下的能量效率> 91%，能量密度為125.7?Wh/L。因此，CFB具有固有的低成本活性材料（~5美元/kWh）和高度可逆的Cl₂/Cl^–氧化還原反應，可以滿足固定儲能的嚴格價格和可靠性目標。

圖2. CFB的充放電行為及與過去報道的RFB性能比較

High-energy and low-cost membrane-free chlorine flow battery, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-28880-x

原創文章，作者：v-suan，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/14/d6d8f168de/

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王春生/陳龍Nature子刊：高能、低成本的無膜氯液流電池

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