中国科大研发出室温液态金属基新型超快充液流电池

在全球碳中和背景下，电动汽车储能技术迎来革新。中国科学技术大学谈鹏教授团队在液流电池领域取得突破，设计出室温液态金属基液流电池，实现超高能量密度与超快充电，为电动汽车储能提供了安全、高效的新方案。

随着全球碳中和目标的推进，电动汽车(EV)成为实现清理能源转型的关键。然而，现有锂离子电池(LIB)因能量密度、充电速度及安全性等问题限制了电动汽车的广泛应用。近日，中国科学技术大学工程科学学院热科学和能源工程系特任教授谈鹏团队在液流电池领域取得重要突破，为电动汽车储能技术的发展提供了新思路。相关成果以题为“High-Performance Liquid Metal Flow Battery for Ultrafast Charging and Safety Enhancement”的论文发表在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)上。谈鹏教授团队设计了一种由镓、铟以及锌组成的液态合金电极(Ga80In10Zn10, wt.%)作为可流动态负极，结合碱性电解质和空气正极，实现了超高能量密度与快速充电性能。理论容量密度高达1004.4 Ahkg-1，且在10 mA cm-2的电流密度下表现出平均容量密度635.1 Ahkg-1的长时间稳定放电(123小时)。
图1 室温液态金属基液流电池结构及性能
该电池在充电过程当中展现出与传统汽油加注相媲美的超快充电能力(<5分钟)。相比于现有的锂离子电池和其替代技术，室温液态金属基液流电池还具有以下显著优势：
1)高安全性：采用水系电解质，显著下降热失控风险；
2)高效率：在800次循环中充电电压为1.77 V，能量效率相比常规空气电极提升22%；
3)优异稳定性：通过添加10%的锌和10%的铟，有效抑制电极枝晶生长和化学副反应，确保电池长时间稳定运行。
该室温液态金属基液流电池为传统混合动力汽车(HEV)提供了一种全新的替代方案，通过单一的液态金属液流电池系统取代传统的内燃机与电池系统双动力源架构。此外，研究团队针对电动汽车的实际应用需求，提出了概念性电池堆叠设计，采用共享的集中式电解质储罐，并结合机械快速充电与传统电化学充电两种模式，大幅提升了系统的灵活性和空间利用效率。
图2 室温液态金属基液流电池堆叠设计及其电动汽车中的应用
中国科学技术大学工程科学学院热科学和能源工程系特任教授谈鹏为该论文的通讯作者，何义博士为第一作者，深空探测国家重点实验室尚文旭博士为共同通讯作者。该研究得到了国家创新人才计划青年项目和安徽省自然科学基金的支持。