辛辛那提团队构建新型无膜电池，有望代替传统钒电池体系

来源：DeepTech深科技

无膜液流电池，在液流电池研究领域并不是一个新鲜体系。与传统液流电池相比，无膜液流电池使用层流或本身不互溶的溶剂，来实现正负极的分隔。

早在 2013 年美国麻省理工学院（MIT）的研究人员就用层流无膜液流电池阐明了无膜电池在成本、功率密度、以及抑制穿梭效应上的优势。

但是，受限于低浓度和较大的操作难度，在近些年的研究中学界在层流体系上并没有很突出的工作。

而采用不相溶电解液策略的无膜电池，在最近得到了一定的发展。通过构建不相溶的液液界面，一系列的无膜液流电池比如离子液体/水、二氯甲烷/水、乙腈/水等电池体系都被开发出来，并通过不断优化提升了电池的浓度和循环稳定性。

值得注意的是，所有的现行双相体系都包含水相，而水的分解电压在 1.23V 左右，因此无论是作为正极溶剂或是负极溶剂，都会限制整个电池体系的电压。

基于此，美国辛辛那提大学王晓博士生和所在团队，基于不互溶的策略开展了一项工作。

图 | 王晓（来源：王晓）

（来源：Nature Communications）

此次论文也是该团队在无膜液流电池方向的第三篇论文。2021 年，他们用二氯甲烷/水构建了稳定的两相体系，借此来提升活性物质溶解度。2022 年，他们构建了乙腈/水体系，并使流动成为现实。2023 年，也就是在本次工作中，他们通过提升电池电压来改善循环稳定性。

接下来，他们将对以下几个方向开展探索：

一是优化电池结构的优化设计，因为现行的液流电池结构大部分是基于有膜电池的，并不适合无膜电池使用。因此，他们可能会通过密度或电池隔板构建更精巧的液液结构。

二是更加有效地筛选出有机/有机溶剂，并寻找与之匹配的活性物质。

三是开展双相结构的推广化。比如将其应用在 Li 金属负极上，以探索是否可以将这种策略用在更安全的金属电池比如镁电池上、或是在成本上更有优势的的钠电池。对于这些想法和假设，他们正在一步步地进行。

参考资料：

1.Gautam, R.K., Wang, X., Lashgari, A. et al. Development of high-voltage and high-energy membrane-free nonaqueous lithium-based organic redox flow batteries. Nat Commun 14, 4753 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40374-y

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