创新型铬溴液流电池：以卓越电化学效率实现高容量储能

铬基液流电池(CFBs)因其高能量密度和低本钱被视为最具远景的储能系统之一。但是，该类电池普遍存在反响动力学迟缓及铬氧化复原电对老化速度快的问题，尤其在室温条件下，导致功率低下和明显容量衰减。本文初次将新式铬络合剂溴化物引进CFB系统以解决上述问题。研讨标明，Br3+/Cr2+离子可与铬离子配位构成活性Cr(H %%−O)2(n = 1,2)溶剂化结构(Cr−BrSS)具有高稳定性。此外，Cr−BrSS能降低铬电对（Cr3+/Cr2+）的电化学极化，从而进步功率密度。根据此，本研讨初次提出了一种选用铬-溴电解质的新式液流电池（铬-溴液流电池，CBFB）。该CBFB在140 mA cm−2电流密度下可完成80.16%的能量功率。%% %%6-n/Crn(3-n)+即使在室温（25°C）条件下，该系统仍能坚持稳定运行，经过200次循环后容量坚持率超越90%。这一创新为开发高功能液流电池拓荒了新途径。3+/Cr2+ couple, thereby enhancing power density. Based on this, a novel flow battery using chromium and bromide electrolyte (chromium−bromide flow battery, CBFB) is proposed for the first time. The CBFB could achieve an energy efficiency of 80.16 % at 140 mA cm−2, even at room temperature (25°C), and maintain stable operation, with a capacity retention rate of over 90 % after more than 200 cycles. This innovation opens new avenues for the development of high−performance flow batteries.

导言

开发具有本质安全性和本钱效益的储能技能对于将间歇性波动的可再生能源无缝整合至智能电网系统至关重要[1]。在电网级储能最具远景的技能中，水系液流电池(FBs)在功率与能量容量方面展现出明显的规划灵活性[2]。虽然钒基液流电池在曩昔几十年已获得商业成功[[3], [4], [5]]，但其广泛使用仍受限于昂扬的化学本钱与钒元素的稀缺性。因而，开发根据储量丰厚且价格低廉活性物质的新式液流电池系统，对推动大规模实际使用与商业可行性具有关键含义[6]。
铬是最具本钱效益的储能材料之一（41美元/千瓦时），其在水性介质中具有高溶解度和稳定性，这使其成为下一代储能的有远景选择。在充放电过程中，水性介质中的标称反响根据Cr和Cr之间的转化[7]，如方程式1所示。这一概念已在铁-铬液流电池中得到成功验证，该电池选用Fe/Fe作为负极活性物质[8]。但是，Cr较差的电化学动力学功能/Cr氧化复原电对（k ≈ 2.2 × 10cm s）[9]以及副反响（析氢反响（HER）和铬离子老化）[10,11]导致铬基液流电池的循环寿数受限和容量明显衰减。3+2+3+2+3+2+0−5−1