?第一作者：Zhiquan Wei

通訊作者：支春義、梁國進

通訊單位：香港城市大學、中國科學院深圳先進技術研究院等

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利用低成本多孔膜的水系鋅液流電池是高功率密度大規模儲能的有前途的候選電池。然而，多碘化物交叉導致的容量損失和低庫侖效率阻礙了電網級電池的性能。

本文提出了一種利用淀粉介導的膠體化學方法，用于制備高可逆的鋅基多碘化物氧化還原液流電池。通過增強化學吸附誘導膠體聚集，實現了尺寸篩選效應，有效抑制了多碘化物的交叉，從而可以使用具有高離子導電率的低成本多孔膜。

開發的液流電池在37.5 mA cm^-2的電流密度下達到了42 mW cm^-2的高功率密度，并在32.4 Ah L^-1的電解液容量下，即使在50°C的高溫條件下，也能保持超過98%的庫侖效率和200個循環的長期循環穩定性。

此外，與光伏組件集成的擴大規模液流電池模塊展示了實際的可再生能源存儲能力。成本分析顯示，由于使用了廉價的多孔膜，安裝成本比使用Nafion膜的電池降低了14.3倍，顯示了其在電網能量存儲中的潛在競爭力。

圖文導讀

圖1：在低成本聚烯烴基多孔膜(LPPM)上使用和不使用膠體淀粉的Zn-I FBs在室溫和高溫條件下的不同過程。

圖2：含淀粉膠體電解液的表征。

圖3：25°C下Zn-IS FBs的電化學性能。

圖4：50°C高溫下Zn-IS FBs的電化學性能。

圖5：Zn-IS FBs的實際應用和1 MW Zn-I FBs的安裝成本。

總結展望

本研究開發了一種基于淀粉的膠體化學方法，通過尺寸篩選效應顯著提高了鋅基多碘化物氧化還原流電池的性能。通過使用低成本的多孔聚烯烴基膜(LPPM)，實現了高功率密度、高庫侖效率和長期循環穩定性。

在高溫50°C條件下，電池仍然能夠保持優異的性能，顯示了其在實際可再生能源存儲系統中的潛力。此外，通過成本分析，展示了使用淀粉基膠體電解液和PP膜代替傳統的Nafion膜可以顯著降低流電池的安裝成本，增強了其在大規模電網儲能應用中的競爭力。

這項工作為開發低成本、高功率、高溫度適應性的下一代鋅基流電池提供了新的策略，并為未來的電網規模能量存儲應用提供了新的方向。

文獻信息

標題：Starch-mediated colloidal chemistry for highly reversible zinc-based polyiodide redox flow batteries

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48263-8