第一作者：Zhiquan Wei

通讯作者：支春义、梁国进

通讯单位：香港城市大学、中国科学院深圳先进技术研究院

DOI: 10.1038/s41467-024-48263-8.

研究背景

能量储存是提高风能、太阳能等清洁能源和可再生能源利用效率的重要技术，其中低成本、高功率的液流电池是大规模储能最有希望的候选者之一。锌-碘液流电池（Zn-I FBs）具有高安全性、理论比容量（268 Ah L-1）和能量密度而具有巨大的潜力。然而，广泛应用的膜是昂贵的氟化钠基膜，导致电池的总体成本相对较高。尽管致密的钠基膜可提高库仑效率（CE），但它可能是离子电导率与膜电阻增加之间的权衡，从而损害电压效率（VE）和能量效率（EE），特别是在高工作电流下，Zn-I FBs通常存在较低的功率密度。基于此，香港城市大学支春义教授和中国科学院深圳先进技术研究院梁国进等人报道了利用可再生的高性价比淀粉制备Zn-IS FBs的碘正极物的胶体化学。

文章要点

1、正极液中碘-淀粉（IS）基活性物质可被调控为聚集的胶体纳米颗粒，并被调节为满足粒径筛选规则，从而同时实现IS正极液的高离子选择性和离子电导率。以聚丙烯（PP）膜为低成本聚烯烃基多孔膜（LPPM）的胶体IS基Zn-IS FBs在高电流密度下具有优异的350次循环稳定性。同时，在电流密度为37.5 mA cm-2下实现了42 mW cm-2的高功率密度，库仑效率超过98%，即使在50°C下，在32.4 Ah L-1posolyte（50%充电状态）下也可以延长200次循环。

2、此外，由于淀粉和碘氧化还原之间的强化学吸附，所开发的胶体IS系统保持稳定。即使在高温（50 °C）下，它们也能抑制交叉问题，以稳定循环。最重要的是，与光伏电池组集成的放大液流电池模块展示了实际的可再生能源存储能力。成本分析显示，由于廉价多孔膜的适用性，安装成本降低了14.3倍，表明其在电网储能方面具有潜在的竞争力。

图文展示

图1.使用不含/含胶体淀粉的LPPM在Zn-I FBs中的不同过程

图2.含淀粉胶体电解质的表征

图3. Zn-IS FBs在25 ℃下的电化学性能

图4. Zn-IS FBs在50 ℃下的电化学性能

图5. Zn-IS FBs的实际应用和1 MW Zn-I FBs的安装成本

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