Forskare under ledning av Prof. Li Xianfeng från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin utvecklade nyligen ett kompositmembran för zinkbaserade flödesbatterier med lång livslängd. Deras studie publicerades i Angewandte Chemie International Edition .

Det zinkbaserade flödesbatteriet (ZFB) har fångat mycket uppmärksamhet som en stationär energilagringsapplikation på grund av dess låga kostnad, inneboende hög säkerhet och miljövänlighet. Dock, dess utveckling begränsas av dålig cykellivslängd och dålig laddnings-urladdningsprestanda, främst på grund av zinkdendrit/ackumuleringsproblem.

Jonledande membran spelar en viktig roll för att reglera morfologin av zinkdeposition och hämma tillväxten av dendriter, därigenom förbättras batteriets cykelstabilitet.

I ett tidigt skede av sin forskning, Lis grupp justerade riktningen och morfologin för zinkavsättning genom att modulera de negativa laddningsegenskaperna hos det porösa jonledande membranet, vilket förbättrar ytkapaciteten och cykelstabiliteten hos zinkbaserade flödesbatterier (Nat. Commun., 2018).

Baserat på deras tidigare arbete, forskarna utvecklade sedan ett kompositmembran genom att belägga bornitrid nanosheets (BNNS) som uppvisar hög värmeledningsförmåga och mekanisk styrka på ett poröst membransubstrat.

BNNS:s flingskikt som är vänt mot den negativa elektroden fungerar som värmeporter, sålunda förbättrar yttemperaturfördelningen av elektroden och ytterligare justering av zinkmorfologin. Dessutom, dess höga nivå av mekanisk hållfasthet förhindrar den metalliska zinken från att skada membranet.

Den synergistiska effekten av dessa två faktorer kan förbättra cykellivslängden för ZFB:er. Alkaliska zink-järnflödesbatterier monterade med detta membran kan stabilt köras i 500 laddnings-urladdningscykler (~800 h) vid en strömtäthet på 80 mA cm ^-2 utan betydande dämpning.

Viktigast, energieffektivitet över 80 % kan uppnås även vid 200 mA cm ^-2 . Dessa resultat kan tjäna som referens för regleringen av zinkanoder i zinkbaserade batterier.