基于双功能层氧电极的锌氧单液流储能电池新体系研究

本项目针对现有单液流电池容量发展受固体正极制约的问题，提出一种新型单液流电池- - 锌氧单液流电池来适应未来大规模储能的需要。该单液流电池主要包含新设计的双功能层复合氧正极、电沉积锌负极和泵推动下的循环电解液。本研究通过在正极的两侧分别引入两种具有不同催化功能的新型析氧/氧还原催化层来分别实现氧电极的高效充放电过程，从而克服现有单一催化剂氧电极循环寿命短和析氧过电位高的问题。在正极方面，本项目将通过双络合可控结晶法来调控氢氧化镍的晶体结构来控制它的催化析氧性能，并开展纳米铋酸钠衍生物的合成及其掺杂工艺来系统研究和优化氧催化还原过程。在负极方面，本项目将研究通道结构、电解液组成、流体流动、电流密度和添加剂等因素对电沉积锌的形貌、厚度和电化学性能的影响。在此基础上，本项目将逐步构建100W级锌氧单液流蓄电系统并研究相关工艺参数和制约因素，从而为逐步设计适应未来需要的大规模单液流电池提供研究基础。

本项目在国家自然青年基金的资助下，针对现有单液流电池容量发展受正极制约的问题，提出了具有半燃料电池性质的锌氧单液流电池来适应未来大规模储能的需要。本项目围绕碱性电沉积锌氧单液流电池，在氧电极析氧催化剂、氧电极还原催化剂、电沉积型锌及其相关液流电池新结构三个方面开展了研究工作，主要研究内容如下：.（1）氧电极析氧过程催化剂. 在析氧催化剂方面，本项目通过调整多元氢氧化镍的合成工艺参数并控制纳米片层厚度，合成了具有纳米结构的Zn-Co等多元掺杂的球形氢氧化镍，相关论文发表在Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 8358−8365上，并授权发明专利1项。.（2）氧电极还原过程催化剂. 在氧还原催化剂方面，本项目合成了纳米铋酸银为基础的掺杂二氧化锰作为锌氧单液流电池的催化剂，在20 mA cm-2的电流密度放电下给出了3285小时的放电寿命，达到了本项目预期目标，相关论文发表在J. Power Sources, 2012,199:355–359, J. Power Sources, 2012,203:206–210和Electrochim. Acta, 2012,59:515–521上，并申报授权发明专利2项，已授权1项。. （3）在电沉积锌及其锌氧单液流电池方面. 本项目系统研究了电沉积锌/镉/铅等的电解液组成、流体流动、电流密度和添加剂等因素对电沉积金属电沉积形貌的影响，组建了50-240W量级的锌氧单液流电池，相关标注基金资助论文发表在Nature Commun., 2013, 4,2178:1-6，Electrochem. Commun., 2012, 19:70–72和J.Electrochem. Soc.,2013,160 (8): A1146-A1152，已授权发明2项。