美国科学家加深氧化还原流电池研究使其更加商业

导读美国的科学家称需要进一步研究，深入了解提高氧化还原流电池中电池电压的动力学稳定策略，使其更接近商业可行性。

美国匹兹堡大学的一组科学家分析了氧化还原流电池（RFB）商业可行性的挑战和机遇，并认为充放电堆中电解质和电极之间的电子转移动力学是其成功的关键因素。

在发表在《Joule》上的论文《Harnessing Interfacial Electron Transfer in Redox Flow Batteries》中，研究人员解释说钒氧化还原流电池（VRFBs）由于其先进的电解质化学成分，目前被认为是最成熟和最流行的RFB技术，但钒前体和堆栈组件的成本仍然太高，因此，最近对RFB的研究重新集中在电解质设计上。

学者们解释说目前的重大兴趣集中在有机和有机金属氧化还原偶，部分原因是由于能够调整关键的物理化学特性，如还原电位和溶解度。这些电解质在实验室研究中表现出了良好的前景，并正在早期阶段的商业设备中进行初步部署。

研究团队认为效率、寿命和成本是评估RFB的性能及其与锂离子技术竞争能力时必须考虑的三个关键因素。它接着说在效率方面，到目前为止，钒氧化还原流器件已经表明，它们只有在低功率密度下工作时才能以高效率运行。这种效率和功率密度之间的权衡是由于钒氧化还原偶的动力学限制和膜分离器的传输限制。

由于其较低的电解液和堆积成本，不基于钒的氧化还原流电池可能代表了一种更便宜和更高效的替代方案。系统成本经常被吹捧为与成熟的二次电池如锂离子在电网规模储能中的主要优势，美国集团表示这主要是由于增加流动电池的容量只需要使用更多的电解液。

界面电子转移动力学被指出是影响RFB中电压效率的关键因素，而这又是导致与固态储能相比往返能量转换效率较低的原因。科学家们强调“理解并最终控制RFB中的界面电子转移，从根本上说取决于能否准确测量反应速率作为应用电势的函数，并在RFB运行的背景下解释结果。需要针对RFB性能的高质量电分析和RFB活性材料的稳健表征方法，以帮助未来的研究在这一问题上获得洞察力。”

此外，研究团队认为依靠从电化学催化中采用的设计策略或通过设计具有有机和有机金属分子的电解质，表现出固有的快速、外球电子转移反应，可以改善氧化还原流储能的性能。学者们补充道“尽管据介绍，这两种技术都受到几个关键的限制。RFBs的研究也将大大受益于对提高电池电压的动力学稳定策略的深入理解。这些很可能是像锂离子电池一样稳定的非水系RFB所必需的，它们可能对水系同样有用。”

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