我国科学研究精英团队可持续性锌充电电池新设计方案 可提升特性控制成本，

锌基液流电池储能技术

“双碳”目标下的锌基液流电池

锌基液流电池储能技术具有成本低、安全性高、能量密度高等优点，是混合型液流电池的典型代表 ，适用作为固定式储能系统用于用户侧，助力推动能源结构转型，实现“双碳”目标。

锌基液流电池的原理

通常，锌基液流电池（ZFBs）负极电解液的活性物质是Zn 2+（中性或弱酸性环境）或 Zn(OH)42-（碱性环境）。在充电过程中，负极侧的Zn 2+或Zn(OH)42-得到电子形成金属锌，同时正极侧的活性物质则被氧化。放电过程则与之相反，负极侧的锌溶解形成Zn 2+或 Zn(OH)42-，同时正极侧的活性物质被还原。

锌基液流电池的优势

使用金属锌的沉积溶解作为负极电对的锌基液流电池大多数电解液具有较低的成本和较高的能量密度。同时，锌基液流电池体系中，锌负极具有环境友好、在空气和水溶液中较为稳定的特点，电池体系中电解液为水系电解液，这都使电池的安全性得到了保障。因此成本低、安全性高、能量密度高的锌基液流电池在分布式储能领域具有很好的应用前景。

锌基液流电池的发展

锌基液流电池具有电解液成本低、安全性高、电位高等优势，在分布式储能领域具有很好的应用前景。其中，锌溴液流电池已经较为成熟。

锌负极的问题及改善策略

锌基液流电池中的锌负极主要面临着锌枝晶、锌脱落、面容量受限的问题。

锌枝晶：电池充电时，电极表面浓差极化增大，电极表面附近离子浓度降低，反应物离子更容易扩散至电极表面的凸起处，诱导了锌枝晶的进一步生长。随着枝晶的不断生长，最后刺破隔膜导致电池短路失效。

锌脱落：在放电过程中，与电极紧密接触的金属锌优先溶解，在有枝晶产生的情况下，随着反应的进行，枝晶的尖端将会失去与电极之间的连接；除此之外，沉积在电极表面的锌金属也会由于与电极连接不紧密，从电极上脱落。这些脱落的锌将无法被继续利用，造成了电池性能的下降。

面容量受限：锌基液流电池多以多孔碳毡或者平板电极作为电极。随着充电的进行，锌酸根或者锌离子会在电极上连续被还原为金属锌，最终沉积在电极上。一旦电极表面被锌金属完全覆盖，就不能再进行电沉积，导致电池面容量受限。同时，进一步充电将导致电池的充电电压急剧增加，从而在负极半电池中导致不可逆的析氢反应。

这些问题都是限制锌基液流电池性能提升的“拦路虎”，也是实现锌基液流电池实用化进程中必须解决的关键技术难题。

针对锌负极存在的锌枝晶、锌脱落、面容量受限等主要问题：从电解质溶液化学的角度入手，可以调控锌沉积历程；从电极结构设计角度切入，可以调控锌沉积过电位；从膜材料结构角度来设计，可以抑制金属锌对其造成的破坏；从电池结构角度进行优化，可以调控膜与电极界面空间，提高锌基液流电池面容量。最终突破锌基液流电池的“瓶颈”，助力用户侧储能技术的发展。

锌溴液流电池

溴具有储量丰富、成本低、电极电势高、溶解度高、理论能量密度高等优势，使用锌负极与之匹配的锌溴液流电池已经发展为较为成熟，正逐步得到市场认可。其它锌基电池都有各种各样的问题，不太成熟。

溴离子在充电过程中被氧化成多溴离子，主要为溴三离子和溴五离子。放电过程则是与之相反，整体的充放电过程具有良好的可逆性。

锌锰液流电池

市面上常见的锌锰电池是利用的二氧化锰到氢氧化氧锰的固-固相转化反应，由于可逆性较差，仅能作为一次电池使用。

而作为二次电池的锌锰液流电池利用的是可溶性的二价锰离子与二氧化锰之间的沉积溶解反应，其可逆性会相对更好。

锰的价格低廉，且环境友好。二价锰离子与二氧化锰电对具有高的电极电势，搭配锌负极组装成液流电池具有高的开路电压和理论能量密度。

锌碘液流电池

锌碘液流电池体系于2014年首次提出，对于碘正极而言，在充电过程中I- 会被氧化成I2 ，由于I-的配位作用，I2会以I3-的形式溶解，从而避免了其析出，放电反应则发生逆过程，I3- 重新被还原为I-。

锌碘体系正负极活性物质均有较高的溶解度，因此具有较高的理论能量密度；正极电对动力学良好，有望实现高功率密度；其与锌溴体系相比，挥发性、氧化性和腐蚀性均有所降低，对电池系统材料的要求更低、对环境更加友好。

锌铁液流电池

铁基正极电对具有良好的电化学活性和可逆性，并且铁盐价格低廉，因此研究者们将其与锌负极组成锌铁液流电池体系。根据电解液pH不同，锌铁液流电池又可进一步划分，其在不同环境下参与电化学反应的活性电对不同。

锌镍液流电池

镍电极具有电池电位高、成本低等的优点，其充放电为固固相反应，因此锌镍液流电池系统可以只使用一套泵和管路，且不需要昂贵的离子交换膜，大大降低了电池系统的成本。

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