2.2.7 其他新型液流电池体系

2.2.7.1 非水型新型液流电池体系

参考文献［45］最早报道了非水性液流电池概念。该非水型液流电池采用的活性物质是基于金属如钒和钌以及有机配体的配位化合物。然而由于该体系液流电池电解质溶液采用的支持电解质、膜材料，以及非水溶剂的低离子电导率，导致电池的工作电流密度较低，严重影响了电池的功率密度。参考文献［46］报道了一种新型液流电池，正极使用2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO），负极使用的是Li金属，溶剂为碳酸乙烯酯（EC）/碳酸丙烯酯（PC）/碳酸乙酯（EMC），支持电解质为LiPF₆，正极反应为TEMPO的自由基反应，负极为Li的沉积和溶解。电池的开路电压可以达到3.5V，正极的活性物质浓度可以达到2mol/L，能量密度可以达到126Wh/L。然而由于电导率较低，工作电流密度非常小，只有5mA/cm2，电池功率密度还远远不能达到实际需求，不具备实际应用价值。2015年，参考文献［47］提出了锂/二茂铁（Li/Fc）液流电池体系。但是，该正极电解液在该系统中的溶解度较低，并且在锂阳极上形成锂枝晶会损害电池安全性。参考文献［48］通过引入季铵盐基团来修饰Fc，以制备二茂铁基甲基二甲基乙基铵双（三氟甲磺酰基磺酰基）酰亚胺（Fc1N112-TFSI），修饰后的Fc1N112-TFSI在电解质溶液中的溶解度由0.04mol/L增加到0.85mol/L。这种Li/改性Fc液流电池系统的特点是工作电流密度较低，在电解质浓度为0.1mol/L的情况下，该电池的工作电流密度仅为3.5mA/cm2，在电解质浓度为0.8mol/L的情况下，工作电流密度仅为1.5mA/cm2。此外，电解质浓度增加会导致相对较快的容量衰减。近几年，美国德州大学研究小组在非水型液流电池领域取得了许多进展［49-51］。例如，这些研究人员开发了使用二茂铁的非水金属茂金属锂基液流电池（FeCp2）和钴茂（CoCp2）分别作为氧化还原活性负极和正极，这种基于全茂金属的锂基液流电池具有更高的茂金属反应速率常数，可提供更高的工作电压，每个循环的容量保持率高达99%以上。

2.2.7.2 水型新型液流电池体系

参考文献［52］提出了一种醌/溴化物液流电池系统，分别用溴和9，10-蒽醌-2，7-二砜酸（AQDS）作为正极和负极的活性物质，正极采用氢溴酸作为支持电解质，负极采用硫酸作为支持电解质。据报道，该液流电池工作电流密度达到500mA/cm2。但是醌/溴化物液流电池系统中的溴单质易被氧化，且对系统耐腐蚀性要求苛刻，同时电池系统循环性能较差，且该体系的开路电压较低，仅为0.7V，导致能量密度太低而实用性不强。该研究团队继续应用无毒的铁氰化物离子代替溴化物，开发了醌/铁液流电池系统，其中系统的正极和负极活性物质分别为K₄Fe（CN）₆和2，6-二羟基蒽醌（2，6-DHAQ）。测试数据表明，该体系液流电池开路电压可达到1.2V，在100A/cm2工作电流密度下，可以连续稳定运行100个充放电循环，电池能量转换效率达到84%［53］。然而该体系电解液正极活性物质浓度仅能达到0.4mol/L，负极活性物质浓度仅能达到0.5mol/L，导致电池能量密度较低，实用性不强。

总之，对于新型液流电池体系来说，非水型液流电池系统中的有机溶剂通常是易燃的，电池系统安全性及其活性材料的稳定性需要进一步改善。而且非水型液流电池系统的工作电流密度相对较低，功率密度不能满足实际应用的要求。还需要在催化剂、提高电化学反应活性、降低电池内阻等方面进一步开展工作。

与非水型液流电池系统相比，水型液流电池系统具有更低的电解液电阻、更高的功率密度、更低的成本、更高的安全性和更好的环境友好性，使其在工业应用中更具前景。然而，水型液流电池系统的能量密度仍然需要改进，以满足大规模电池储能系统的实际应用。