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Advancing Flow Batteries: High Energy Density and Ultra‐Fast Charging via Room‐Temperature Liquid Metal
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2024-12-18 , DOI: 10.1002/aenm.202405066 Yi He, Yifan Cui, Jianwen Yu, Wenxu Shang, Peng Tan
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2024-12-18 , DOI: 10.1002/aenm.202405066 Yi He, Yifan Cui, Jianwen Yu, Wenxu Shang, Peng Tan
Global climate change necessitates urgent carbon neutrality. Energy storage is crucial in this effort, but adoption is hindered by current battery technologies due to low energy density, slow charging, and safety issues. A novel liquid metal flow battery using a gallium, indium, and zinc alloy (Ga80 In10 Zn10 , wt.%) is introduced in an alkaline electrolyte with an air electrode. This system offers ultrafast charging comparable to gasoline refueling (<5 min) as demonstrated in the repeated long‐term discharging (123 h) process of 317 mAh capacity at the current density of 10 mA cm−2 with an average voltage of 1.1 V. A high practical capacity density of 635.1 mAh g−1 is achieved in this brand‐new battery with a potential theoretical value of 1004.4 mAh g−1 . Microscopic and numerical simulations reveal significant hydrogen evolution reaction and dendrite suppression compared to Zn and pure Ga electrodes. The potassium iodide (KI)‐modified Ga80 In10 Zn10 ‐air battery exhibits a reduced charging voltage of 1.77 V and high energy efficiency of 57% at 10 mA cm−2 over 800 cycles, outperforming conventional Pt/C and Ir/C‐based systems with 22% improvement. This innovative battery addresses the limitations of traditional lithium‐ion batteries, flow batteries, and Zn‐air batteries, contributing advanced energy storage technologies to global carbon neutrality.
中文翻译:
先进的液流电池:通过室温液态金属实现高能量密度和超快速充电
全球气候变化迫切需要实现碳中和。储能在这项工作中至关重要,但由于能量密度低、充电缓慢和安全问题,目前的电池技术阻碍了其采用。在带有空气电极的碱性电解质中引入一种使用镓、铟和锌合金 (Ga80In10Zn10, wt.%) 的新型液态金属液流电池。该系统提供与汽油加油(<5 min)相当的超快速充电,如在 10 mA cm-2 的电流密度和 1.1 V 的平均电压下以 317 mAh 容量的重复长期放电(123 小时)过程所示。这款全新电池实现了 635.1 mAh g-1 的高实际容量密度,潜在理论值为 1004.4 mAh g-1。微观和数值模拟显示,与 Zn 和纯 Ga 电极相比,具有显著的析氢反应和枝晶抑制作用。碘化钾 (KI) 改性的 Ga80In10Zn10 空气电池在 800 次循环中表现出 1.77 V 的降低充电电压和 57% 的高能效(在 10 mA cm-2 下),性能优于传统的基于 Pt/C 和 Ir/C 的系统,提高了 22%。这种创新电池解决了传统锂离子电池、液流电池和锌空气电池的局限性,为全球碳中和贡献了先进的储能技术。
更新日期:2024-12-18
中文翻译:
先进的液流电池:通过室温液态金属实现高能量密度和超快速充电
全球气候变化迫切需要实现碳中和。储能在这项工作中至关重要,但由于能量密度低、充电缓慢和安全问题,目前的电池技术阻碍了其采用。在带有空气电极的碱性电解质中引入一种使用镓、铟和锌合金 (Ga80In10Zn10, wt.%) 的新型液态金属液流电池。该系统提供与汽油加油(<5 min)相当的超快速充电,如在 10 mA cm-2 的电流密度和 1.1 V 的平均电压下以 317 mAh 容量的重复长期放电(123 小时)过程所示。这款全新电池实现了 635.1 mAh g-1 的高实际容量密度,潜在理论值为 1004.4 mAh g-1。微观和数值模拟显示,与 Zn 和纯 Ga 电极相比,具有显著的析氢反应和枝晶抑制作用。碘化钾 (KI) 改性的 Ga80In10Zn10 空气电池在 800 次循环中表现出 1.77 V 的降低充电电压和 57% 的高能效(在 10 mA cm-2 下),性能优于传统的基于 Pt/C 和 Ir/C 的系统,提高了 22%。这种创新电池解决了传统锂离子电池、液流电池和锌空气电池的局限性,为全球碳中和贡献了先进的储能技术。