【摘 要】
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大规模高效储能是可再生能源利用中的关键瓶颈之一。半固态锂离子液流电池被认为是一种具有广泛应用前景的新型电池储能技术,半固态锂离子液流电池采用液流电池的电池结构,具备了液流电池特有的储能容量与功率输出相互独立设计的特点,使用锂离子电池的活性材料固体颗粒与电解液配制成悬浮液克服了传统液流电池对活性物质溶解度的限制,并且具有锂离子电池的高能量密度特性,实现了液流电池与锂离子电池的优点相结合。现有流动式锂
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大规模高效储能是可再生能源利用中的关键瓶颈之一。半固态锂离子液流电池被认为是一种具有广泛应用前景的新型电池储能技术,半固态锂离子液流电池采用液流电池的电池结构,具备了液流电池特有的储能容量与功率输出相互独立设计的特点,使用锂离子电池的活性材料固体颗粒与电解液配制成悬浮液克服了传统液流电池对活性物质溶解度的限制,并且具有锂离子电池的高能量密度特性,实现了液流电池与锂离子电池的优点相结合。现有流动式锂离子电池的活性悬浮液需加入大量的导电碳黑颗粒,使空间上形成连续的动态导电网络,存在悬浮液粘度高、泵功损耗大等问题。本论文创新性地设计了基于三维多孔碳材料作为电池反应集流体的半固态锂离子液流电池结构,使得悬浮液中可以不添加导电剂,显著降低了活性材料固体颗粒悬浮液的粘度,提高了悬浮液的流动性,并实现了较长时间的电池运行,为半固态锂离子液流电池发展与应用提供了新的探究思路与方向。（1）碳毡（CF）、碳布（CC）、碳纸（CP）是常用传统液流电池的三维碳电极材料。它们的三维多孔结构、较高的孔隙率和电导率为活性物质提供氧化还原反应提供反应场所并传到电荷。我们将它们作为半固态锂离子液流电池的集流体,使用磷酸铁锂（Li FePO4,LFP）和钛酸锂(Li4Ti5O12,LTO)固体颗粒作为活性材料配制悬浮液,装配成纽扣电池,在静止态条件下测试电池的电化学性能,验证该电池结构设计的可行性。使用碳毡作为集流体,活性物质为磷酸铁锂的电池放电比容量达到134 mAhg-1,到第100圈循环放电比容量仍有100 mAhg-1。（2）拥有微米级网状结构的碳毡放置在电池反应堆中作为优良的三维多孔集流体,高的孔隙率也使得悬浮液可以较为轻松地流通过,当悬浮液流经碳毡时,固体活性物质与导电的碳纤维接触,传输电荷完成脱嵌锂反应,并随悬浮液离开电池反应堆流回储液罐。根据之前文献中报导过的方式装配成流动态电池,使用磷酸铁锂悬浮液,在间歇流动和连续流动两种状态下都实现了超过80 h的较长时间的电池工作,能量密度达到60 WhL-1,经过计算预计在悬浮液最大体积分数情况下能量密度可以达到230 WhL-1。
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