科学家将锂电池适应网格水平的储能

在最近发表在《杂志》上的文章中ACS应用能源材料亚博网站下载，研究人员讨论了介导的锂硫（LIS）流量电池的效用，以进行网格尺度的储能。

学习：介导的LI-S流量电池用于网格尺度的储能。图片来源：Asharkyu/Shutterstock.com

背景

对于网格存储应用，对安全，低成本和可靠的高容量电池的需求紧迫。非水氧化还原流量电池（RFB）可以在水电压稳定窗口外部更大的电压，并与具有超高能密度的碱金属阳极兼容。

氧化还原靶向是提高RFB溶解度的一种方法，该方法使用可溶性氧化还原活性分子（氧化还原介质，RMS）来氧化并减少固体能量存储材料。亚博网站下载人们认为，通过结合Li-Metal阳极和RFB社区的独特概念，可以创建高性能的介导的LIS RFB。

锂硫提供了由于其高能量密度和廉价的硫成本而吸引的电池化学反应。出于安全性，可伸缩性和负担能力的原因，扩展到网格规模储能所需的MWH需要采取新的策略。

a）静态细胞设计，b）流动池设计。图片来源：Meyerson，M。L.等人，ACS应用能源材料亚博网站下载

关于研究

在这项研究中，作者提出了一种靶向氧化还原靶向方法，并与设计的LI固体电解质间相（SEI）进行了整合，以创建高效，可扩展的，无膜的LIS LIS氧化还原流量电池。LI阳极包含在该混合流量电池架构中的电化学电池中，而固体硫则在不同的天主教管储层中保持安全，并将电解质推到硫上并进入电化学电池。

该团队使用二甲基辉辉世（DMFC）和钴新世（COCP）₂）作为氧化还原介质由于其电化学简单性和能力，可以将固体S相应的初始减少到可溶性多硫化物中，并最终将多硫化物降低到固体LI中₂S不使用导电碳。

研究人员使用电化学和光谱方法来验证静态细胞中提出的过程的功效。将静态细胞，氧化还原介导和流细胞设计的LIS化学合并，以有效地适应LIS化学物质，以用于介导的无膜RFB中。

a）峰值电流和b）与扫描速率为8.3 mm二甲基二甲基二甲基二甲基的扫描速率的平方根，在1 m litfisi中，在1：1 vol％dol：dol：dme中，在1 m litfisi中的串联率为20 mm。玻璃碳工作电极，LI参考电极和PT计数器电极。图片来源：Meyerson，M。L.等人，ACS应用能源材料亚博网站下载

观察

在没有任何离子选择性分离器的情况下，LII和Lino₃在LI阳极上进行的预处理方法导致稳定的SEI和降低的容量褪色。在1-2 mgs cm处^-2（973 mah gs^-1静态细胞和1142 mAh GS的电压效率（VE）和81.3％的电压效率（VE）^-1流动电池中的86.9％VE），等效的面积高达50 mgs cm^-2（84 mah cm^-2观察到）。之后，超过2-50毫克CM^-2在实验室尺度的无膜流动池中被证明，在该流量细胞中，颗粒被主动过滤，放电周期超过66小时。yabo214

lii和lino₃阳极侧的预处理方法促进了稳定的SEI，减少了容量褪色，并消除了对离子选择性分离器的需求。材料分析亚博网站下载验证了LII在相应的SEI中的均匀分布，而扫描电子显微镜（SEM）分析表明，存在LI的表面积降低，而紫外线可见（UV-VIS）光谱验证证实了多硫化物物种的演变。发现LI阳极对PS和S物种的消耗是造成能力褪色的原因。

a）在浸入20 mm lii过夜后的li表面的a）b）i对应于a，c）I 3D区域的c）xps的EDX图，在619.2 eV时I 3d5/2以ii的形式对应于i和d）a的edx频谱。图片来源：Meyerson，M。L.等人，ACS应用能源材料亚博网站下载

根据结果​​，可以将核心LIS化学和创新的SEI工程方法转移到混合氧化还原流量电池的架构中。尽管该化学性能达到其全部电势需要持续增加S负载，但此类载荷需要在实验室尺度上长时间循环持续时间。随着细胞体系结构和LI阳极的改进，这些细胞的性能特征可以得到更多改进。这可以通过增加流场均匀性来实现，这将增加天主教徒和碳反电极之间的接触，并鼓励Li对Li阳极的更均匀沉积。

结论

总之，这项研究阐明了可商购的合适的氧化还原介质（RMS）的开发，并通过LII预处理和Lino配对了它们与稳定的Li Sei配对₃- 含电解质。

作者强调，使用3D支架来增加与LI阳极相对应的有效表面积应改善LI沉积的均匀性，同时还允许以更快的充电速率循环并测试更大的S负载。

他们认为，基本的SEI工程策略和LIS化学可以应用于混合氧化还原流量电池的体系结构，这可以消除流动碳添加剂或离子选择性膜的需求，并可以为低压，可扩展，可扩展，可扩展，可扩展的膜铺平道路。和安全的MWH规模LIS储能。他们还提到，本研究中显示的性能评估表明，安全，能量密集且可扩展的网格尺度储能的光明未来。

资源

Meyerson，M。L.，Rosenberg，S。G.，Small，L。J.等。介导的LI-S流量电池，用于网格尺度的储能。ACS应用能源材料（2022）。亚博网站下载https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.1C03673。

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