26.02.2020 - Chinese Academy of Sciences

Verbundmembran für langlebige Durchflussbatterien auf Zink-Basis

Forscher unter der Leitung von Professoren. LI Xianfeng vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat kürzlich eine Verbundmembran für langlebige Durchflussbatterien auf Zinkbasis entwickelt.

Die Durchflussbatterie auf Zinkbasis (ZFB) hat als stationäre Energiespeicheranwendung aufgrund ihrer geringen Kosten, der hohen Sicherheit und der Umweltfreundlichkeit viel Aufmerksamkeit erregt. Seine Entwicklung wird jedoch durch eine schlechte Zykluslebensdauer und eine schlechte Lade- und Entladeleistung, hauptsächlich aufgrund von Problemen mit der Zink-Dendrit-Akkumulation, begrenzt.

Ionenleitende Membranen spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Morphologie der Zinkabscheidung und der Hemmung des Wachstums von Dendriten, wodurch die Zyklenstabilität der Batterie verbessert wird.

In der frühen Phase ihrer Forschung hat die Gruppe von LI die Richtung und Morphologie der Zinkabscheidung durch Modulation der negativen Ladungseigenschaften der porösen ionenleitenden Membran angepasst und so die Flächenkapazität und Zyklenstabilität von zinkbasierten Durchflussbatterien verbessert (Nat. Commun., 2018).

Auf der Grundlage ihrer früheren Arbeiten entwickelten die Forscher dann eine Kompositmembran, indem sie Bornitrid-Nanobleche (BNNS) mit hoher Wärmeleitfähigkeit und mechanischer Festigkeit auf ein poröses Membransubstrat beschichteten.

Die der negativen Elektrode zugewandte BNNS-Lamellenschicht dient als Wärmeaustauscher, wodurch die Oberflächentemperaturverteilung der Elektrode verbessert und die Zinkmorphologie weiter angepasst wird. Darüber hinaus verhindert die hohe mechanische Festigkeit, dass das metallische Zink die Membran beschädigt.

Der Synergieeffekt dieser beiden Faktoren kann die Lebensdauer von ZFBs verbessern. Alkalische Zink-Eisen-Flow-Batterien, die mit dieser Membran bestückt sind, können 500 Lade-/Entladezyklen (~800 h) bei einer Stromdichte von 80 mA cm-2 ohne nennenswerte Dämpfung stabil laufen.

Am wichtigsten ist, dass selbst bei 200 mA cm-2 eine Energieeffizienz von über 80% erreicht werden kann. Diese Ergebnisse können als Referenz für die Regulierung von Zinkanoden in Batterien auf Zinkbasis dienen.

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