鉛點陣「馴服」鋅金屬　深理工團隊將儲能液流電池壽命提升10倍

（大公文匯網記者 李望賢 深圳報道）因為成本低、安全性高、儲電能力強等特點，水系鋅溴液流電池在電網儲能領域具有廣闊的應用前景，但卻一直存在電池壽命短且容易「早衰」的致命弱點。不過，深圳理工大學科研團隊卻為這一難題找到了解決方案，能夠令電池壽命提升約10倍。相關成果近日發表在Nature Communications上。

該研究由深圳理工大學院士工作站教授成會明指導，材料科學與能源工程學院助理教授梁國進、副教授孫源淼為共同通訊作者，深圳理工大學聯培博士生胡議闡、閔志雯為共同第一作者。「水系鋅溴液流電池之所以會有上述弱點，是因為在電池充放電時，鋅金屬會像樹枝一樣不受控制地生長（枝晶），這些「金屬刺」可能刺穿電池隔膜導致短路，嚴重縮短電池壽命。」梁國進表示，同時電池內還會產生氫氣氣泡（析氫反應），進一步降低電池效率和壽命。

據梁國進介紹，他們研發出一種高可逆性碳氈電極，在其表面均勻「鋪」了一層鉛納米顆粒。這些鉛顆粒就像「交通標誌」一樣，能夠引導鋅金屬平整有序地沉積，避免亂長「金屬刺」。同時，這種經過鉛改性的電極還具有更高的析氫反應過電位，可以抑制析氫反應，也就是抑制氫氣氣泡產生，讓電池工作更穩定。

實驗證明，基於這種改性電極的鋅溴液流電池壽命大幅延長，在超過2300小時的時間裏，每平方厘米電極上累計儲存23安時的電量，且能量轉化效率平均超過78%。

同時，基於鉛納米顆粒改性的碳氈電極的鋅溴液流電池還展現出其在嚴苛條件下的強勁性能，實現了超過4000次循環的穩定循環壽命，而傳統電池僅能循環幾百次，壽命大約提升了10倍。而且，即使在超高電流密度/面容量（100 mA cm-2/100 mAh cm-2）的情況下，鉛納米顆粒改性的碳氈電極也能有效抑制枝晶生長和析氫反應。

「這項工作為鋅基液流電池中高可逆性鋅電極的設計提供了有益見解。」梁國進說，鉛納米顆粒改性的碳氈電極是一種具有成本效益且高效的解決方案，可用於提高鋅負極的可逆性，極大提升了鋅溴液流電池在大規模、低成本儲能應用中的實際可行性。