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中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲能技術(shù)研究部研究員李先鋒團(tuán)隊(duì)針對鋅基液流電池充電時(shí)電解液中鋅離子濃度持續(xù)降低的特點(diǎn)，深入研究了不同濃度下的鋅沉積過程，闡明了鋅沉積形貌與電池性能的關(guān)系，為鋅基液流電池高穩(wěn)定性鋅負(fù)極的構(gòu)筑奠定了理論基礎(chǔ)。

鋅基液流電池具有安全性高、能量密度高、環(huán)境友好等特點(diǎn)，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。然而，負(fù)極側(cè)的鋅枝晶和脫落等會影響鋅基液流電池的循環(huán)穩(wěn)定性。目前，對于鋅均勻沉積調(diào)控策略與機(jī)理的研究主要集中在低電流密度、低面積容量和恒定鋅離子濃度的電池體系。而鋅基液流電池在充電過程中，電解液中鋅離子的濃度持續(xù)降低。因此，探究鋅離子濃度與形貌演變規(guī)律，闡明其與電池性能的關(guān)系，對鋅基液流電池的發(fā)展具有重要意義。

該工作深入研究了鋅溴液流電池體系充電時(shí)鋅的沉積過程。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電解液中鋅離子濃度較高（≥0.4M）時(shí)，鋅沉積行為受瞬時(shí)成核模式控制，容易生長成致密塊狀的形貌。隨著充電過程中負(fù)極側(cè)鋅離子濃度的下降，鋅的成核方式轉(zhuǎn)變?yōu)闈u進(jìn)成核，鋅的優(yōu)勢晶面由（002）變?yōu)椋?01），沉積形貌呈雜亂苔蘚狀。此外，科研人員采用原子力顯微鏡（AFM）原位觀察了鋅的沉積過程。研究表明，當(dāng)鋅離子濃度超過0.4M時(shí)，鋅溴液流電池可保持高的庫倫效率和長循環(huán)穩(wěn)定性。該研究為高能量密度、長壽命鋅基液流電池的研究開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以A Highly Reversible Zinc Deposition for Flow Batteries Regulated by Critical Concentration Induced Nucleation為題，發(fā)表在Energy & Environmental Science上。論文第一作者為大連化物所2017級博士研究生王勝男、2016級博士研究生王子芫。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院工程實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”項(xiàng)目等的資助。


大連化物所揭示鋅基液流電池中濃度梯度誘導(dǎo)下的鋅沉積過程 

原標(biāo)題：大連化物所揭示鋅基液流電池中濃度梯度誘導(dǎo)下的鋅沉積過程