由于对环境的日益关注，全球能源生产正从化石燃料转向太阳能和风能等可持续可再生能源系统。 尽管太阳能和风能具有优势，但它们也有两个明显的弱点：发电量不稳定和供应不规则。 因此，它们需要借助储能系统（ESS）。
锂离子电池是 ESS 的前沿技术，但由于电解质和锂基材料易燃，因此容易引发火灾。 使用不易燃电解质的无流体锌溴电池（FLZBB）是一种很有前途的替代品，具有成本效益和简单的电池平台。 FLZBB 由正极、负极、电解质和隔离电极的隔板组成。 与传统的锌溴电池不同，FLZBB 中的电解液无需泵送，而是保存在一个凝胶状容器中。 石墨毡（GF）因其在酸性电解质中的稳定性而被广泛用作许多氧化还原电池的电极。 然而，在 FLZBB 中，充电过程中会在石墨毡正极内形成溴和多溴离子。 这些活性物质会不受控制地逸出并扩散到负极，导致自放电，从而严重影响性能和使用寿命。 许多研究都探索了抑制这种交叉现象的方法；然而，自放电仍然是 FLZBB 的一个主要问题。 为了解决这个问题，由 Chanho Pak 教授领导的研究小组，包括韩国光州科学技术院综合技术研究所能源聚合研究生院的硕士生和博士生 Youngin Cho（第一作者），开发了一种新型氮掺杂介孔碳涂层厚 GF（NMC/GF）电极。 研究成果发表 Chemical Engineering Journal 上。
研究人员采用一种简单、经济高效的蒸发诱导自组装方法制造出了 NMC/GF 电极。 在这种方法中，原始的 GF 毛毡上涂有前驱体材料，并在溶剂中混合，然后进行干燥和固化。 当应用于 FLZBB 时，新电极有效地抑制了活性材料的交叉，并防止了自放电。 这一成功归功于 NMC/GF 电极中 GF 纤维上的介孔。 Pak 教授解释说："GF 电极上的 NMC 涂层引入了具有策略性嵌入氮位点的介孔，作为一个据点，捕获正极中的溴和溴络合物，抑制溴交叉和自放电现象。
"此外，这种涂层使原本疏水的原始 GF 电极具有超亲水性，改善了与水电解质中电解质的界面接触，提高了电化学性能。 采用 NMC/GF 电极的 FLZBB 电池在 20 mA cm-2 的电流密度下，库仑效率和能量效率分别达到 96% 和 76%，高倍率电容为 2 mAh cm-2。 此外，该电池还表现出前所未有的耐用性，充放电循环稳定性超过 10,000 次。 Pak 教授强调了这一成果的重要意义，他说："FLZBB 正极的开发可使电池在超过 10,000 次循环中保持长期高效运行，从长远来看，这将加速开发稳定的 ESS 和环保型能源转换技术。 此外，NMC/GF 正电极还可用于其他水性电池。"这项技术可实现 FLZBB 的实际应用，从而开发出更安全的 ESS 和更稳定的可再生能源系统。
原文链接: Youngin Cho et al, Achieving unprecedented cyclability of flowless zinc-bromine battery by nitrogen-doped mesoporous carbon on thick graphite felt electrode, Chemical Engineering Journal (2024). DOI: 10.1016/j.cej.2024.151538
