中大工程學院研發出一種分子催化劑,能增加液流電池的反應速度,大幅降低3倍的能耗,使其充電功率提升近6倍,相信這種方法可以廣泛應用於其它液流電池體系。該突破性研究最近被世界頂級學術期刊《自然能源》選為12月刊的封面論文。
鋰離子電池通常用於能源儲存,但當數千個電池堆疊在一起時,存在著燃燒和爆炸的風險,不適合應用於大規模儲能。水系液流電池成本更低及具有高安全性,在功率和能量方面有設計靈活性等優點,不過傳統商業化的全釩液流電池價格高企,窒礙其進一步發展。
相比之下硫的含量豐富,儲電價格比釩便宜1,000倍,但硫基液流電池存在兩個問題,循環壽命短和能量效率低,窒礙其進一步發展。中大工程學院機械與自動化工程學系教授盧怡君在2021年,提出了一種電荷增強離子選擇性膜,通過減少多硫化物的穿梭率顯著延長循環壽命,但在其商業化的過程仍存在低能量效率的瓶頸。
盧怡君團隊提出一種分子催化劑,核黃素磷酸鈉(FMN-Na),以高能效促進多硫化物的轉化。核黃素即是維生素B2,核黃素衍生物在人體內充當著能量載體的作用。受到自然界中電子傳遞鏈的啟發,盧教授和她的團隊採用FMN-Na以加速電池的反應速率。
團隊發現,這種仿生策略可以將電池能耗大幅降低3倍以上,並將能量效率從53%提高到76%,充電功率增加近6倍。硫鐵液流電池可穩定運行超過2,000個循環(預計壽命超過20年),而這種仿生策略也適用於硫碘液流電池,具有超過1,300個循環的高穩定性。
盧怡君團隊與其創立的公司合作,展示一個100平方厘米的電池堆,工作電流密度高達100毫安每平方厘米,顯示出巨大的實際應用潛力。
盧怡君說,研究成果表明均相催化是解決多硫化物動力學不佳的有效方法,相信這種方法可以廣泛應用於其它液流電池體系。@
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