Небольшое изменение в химии значительно продлевает срок службы проточных батарей

Проточные батареи на основе брома хранят энергию за счёт химической реакции между ионами бромида и элементарным бромом. Эта химия привлекательна, поскольку бром широко доступен, обладает высоким электрохимическим потенциалом и хорошо растворяется в жидких электролитах. Недостаток проявляется во время зарядки, когда образуется большое количество брома. Этот реактивный материал может атаковать компоненты батареи, снижать количество циклов заряда-разряда и повышать общую стоимость системы. Добавки, известные как агенты комплексообразования брома, могут помочь ограничить коррозию, но они часто вызывают расслоение электролита на разные фазы, что нарушает однородность и усложняет управление системой.

Исследователи разработали новую систему для проточных батарей на основе брома с высокой плотностью энергии, длительным сроком службы и многоэлектронным переносом. Авторы и права: DICP

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Energy, группа учёных под руководством профессора Сяньфэна Ли из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук (CAS) сообщила о новом подходе к химии батарей на основе брома. Команда разработала реакцию с участием брома, которая переносит два электрона вместо одного, и успешно применила её в цинк-бромной проточной батарее. Их результаты демонстрируют как работоспособность концепции, так и успешное масштабирование в сторону системы батарей с длительным сроком службы.

Улавливание брома для повышения производительности

Исследователи достигли этого, добавив в электролит аминные соединения, которые действуют как поглотители брома. Во время работы батареи бром (Br₂), образующийся в результате электрохимических реакций, превращается в бромированные аминные соединения. Этот процесс снижает количество свободного Br₂ в электролите до сверхнизкого уровня — около 7 мМ. Традиционная химия брома основана на одноэлектронном переносе от ионов бромида к Br₂. В отличие от неё, новый процесс обеспечивает двухэлектронный перенос от ионов бромида к бромированным аминным соединениям, что увеличивает плотность энергии. При этом поддержание чрезвычайно низкого уровня Br₂ значительно снижает коррозионные эффекты, способствуя увеличению срока службы батареи.

Долгосрочная стабильность и снижение затрат при масштабировании

Затем команда протестировала эту химию в цинк-бромных проточных батареях в практических условиях. Поскольку электролит содержит очень мало свободного Br₂, батарея может надёжно работать с использованием стандартной нефторированной ионообменной мембраны (SPEEK), что помогает снизить затраты. В тесте масштабирования до 5 кВт батарея стабильно работала более 700 циклов при плотности тока 40 мА см^-2 и достигла энергоэффективности выше 78%. При столь низкой концентрации Br₂ коррозия не была обнаружена в критических компонентах — включая токосъёмники, электроды и мембраны — ни до, ни после циклирования.

Значение для будущего накопления энергии

«Наше исследование предлагает новый подход к проектированию долговечных проточных батарей на основе брома и закладывает основу для дальнейшего применения и продвижения цинк-бромных проточных батарей», — сказал профессор Ли.

Источники: sciencedaily.com

Материалы предоставлены Даляньским институтом химической физики, Китайской академией наук.

Yue Xu, Tianyu Li, Zhangquan Peng, Congxin Xie, Xianfeng Li. Grid-scale corrosion-free Zn/Br flow batteries enabled by a multi-electron transfer reaction. Nature Energy, 2025; 10 (12): 1470 DOI: 10.1038/s41560-025-01907-5