大连化物所研制出长寿命锌基液流电池用复合离子传导膜

　　近日，中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部(DNL17)研究员李先锋、张华民团队在长寿命锌基液流电池复合离子传导膜研究方面取得新进展。

　　锌基液流电池(ZFBs)储能技术因其具有成本低、安全性高、环境友好等特点，在分布式储能领域展现出良好的应用前景。但是，由于锌枝晶/锌累积的问题，该类电池的发展受到循环寿命差和充放电性能差的限制。离子传导膜可调控锌沉积形貌和抑制枝晶生长，在提高电池循环稳定性方面发挥了重要作用。前期，研究团队发现通过膜材料荷电特性可实现对锌沉积方向和形貌的调控，从而大幅度提高锌基液流电池的面容量和电池的循环稳定性。

　　氮化硼具有抗化学侵蚀性质，不被无机酸和水侵蚀。在热浓碱中硼氮键被断开。1200℃以上开始在空气中氧化。熔点为3000℃，稍低于3000℃时开始升华。真空时约2700℃开始分解。微溶于热酸，不溶于冷水，相对密度2.25。压缩强度为170MPa。在氧化气氛下最高使用温度为900℃，而在非活性还原气氛下可达2800℃，但在常温下润滑性能较差。碳化硼的大部分性能比碳素材料更优。对于六方氮化硼：摩擦系数很低、高温稳定性很好、耐热震性很好、强度很高、导热系数很高、膨胀系数较低、电阻率很大、耐腐蚀、可透微波或透红外线。

　　该工作在前期研究工作基础上，将具有高导热性和高机械强度的氮化硼纳米片(BNNSs)引入到多孔基膜中制备出复合离子传导膜。面向负极的BNNSs一方面可以有效改善电极表面温度分布，并进一步调节锌沉积形貌；另一方面，其高机械强度的特性可有效阻挡过度生长的锌枝晶对膜材料造成破坏，两方面的协同作用可显著提高电池的循环寿命。

　　导热是依靠材料中的电子、原子、分子和晶格热运动来传递热量 。但材料性质不同，其主要导热机理不同，效果也不一样。一般来说，金属的热导率大于非金属，纯金属热导率大于合金。物质三态中，固态热导率最大，液态次之，气态最小。例如：标准大气压下0℃时的冰、水和水蒸气的热导率分别为2.22W/(m·K)、0.55W/(m·K)和0.183W/(m·K)。

　　金属导热主要依靠自由电子的热运动，导电性能好的金属材料其热导率也大。金属热导率范围在2.3~420W/(m?K)，银是420W/(m·K)。但纯金属内加入其他元素成为合金后，由于这些元素的嵌入，严重阻碍自由电子的运动，使热导率大大下降。例如纯铜的λ=398W/(m?K)，加人30%的锌后纯铜变成黄铜，λ仅为109W(m?K)。

　　利用该膜组装的碱性锌铁液流电池，在80 mA/cm2电流密度条件下稳定运行500次充放电循环(近800 h)无明显衰减。即使在200 mA/cm2电流密度条件下，能量效率也超过80%。研究结果对锌基电池中锌负极的调控具有重要的借鉴意义。