支春义最新Nature子刊：巧用淀粉，性能飞跃、成本直降14倍！

 第一作者：Zhiquan Wei

通讯作者：支春义、梁国进

通讯单位：香港城市大学、中国科学院深圳先进技术研究院等

论文速览

利用低成本多孔膜的水系锌液流电池是高功率密度大规模储能的有前途的候选电池。然而，多碘化物交叉导致的容量损失和低库仑效率阻碍了电网级电池的性能。

本文提出了一种利用淀粉介导的胶体化学方法，用于制备高可逆的锌基多碘化物氧化还原液流电池。通过增强化学吸附诱导胶体聚集，实现了尺寸筛选效应，有效抑制了多碘化物的交叉，从而可以使用具有高离子导电率的低成本多孔膜。

开发的液流电池在37.5 mA cm^-2的电流密度下达到了42 mW cm^-2的高功率密度，并在32.4 Ah L^-1的电解液容量下，即使在50°C的高温条件下，也能保持超过98%的库仑效率和200个循环的长期循环稳定性。

此外，与光伏组件集成的扩大规模液流电池模块展示了实际的可再生能源存储能力。成本分析显示，由于使用了廉价的多孔膜，安装成本比使用Nafion膜的电池降低了14.3倍，显示了其在电网能量存储中的潜在竞争力。

图文导读

图1：在低成本聚烯烃基多孔膜(LPPM)上使用和不使用胶体淀粉的Zn-I FBs在室温和高温条件下的不同过程。

图2：含淀粉胶体电解液的表征。

图3：25°C下Zn-IS FBs的电化学性能。

图4：50°C高温下Zn-IS FBs的电化学性能。

图5：Zn-IS FBs的实际应用和1 MW Zn-I FBs的安装成本。

总结展望

本研究开发了一种基于淀粉的胶体化学方法，通过尺寸筛选效应显著提高了锌基多碘化物氧化还原流电池的性能。通过使用低成本的多孔聚烯烃基膜(LPPM)，实现了高功率密度、高库仑效率和长期循环稳定性。

在高温50°C条件下，电池仍然能够保持优异的性能，显示了其在实际可再生能源存储系统中的潜力。此外，通过成本分析，展示了使用淀粉基胶体电解液和PP膜代替传统的Nafion膜可以显著降低流电池的安装成本，增强了其在大规模电网储能应用中的竞争力。

这项工作为开发低成本、高功率、高温度适应性的下一代锌基流电池提供了新的策略，并为未来的电网规模能量存储应用提供了新的方向。

文献信息

标题：Starch-mediated colloidal chemistry for highly reversible zinc-based polyiodide redox flow batteries

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48263-8