港中大卢怡君EES：创纪录的高面积容量！可循环1000小时的氧化还原液流电池

与全液体氧化还原液流电池（RFBs）相比，混合RFB可以提供更高的能量密度。然而，混合RFB的负极通常利用金属沉积反应（例如锌金属），其具有严重的枝晶生长和较差的长期稳定性，尤其是在高面积容量和电流密度下。

图1. 转换型全铁混合RFB正/负极氧化还原对的电化学行为

在此，香港中文大学卢怡君等人提出并展示了使用高负载固体转换型电极代替金属沉积电极，以在混合RFB中实现高面积容量/电流密度下的高循环稳定性。

这项研究所提出的均匀分布在三维导电基底（例如碳毡或泡沫镍）中的固体转换型电极材料在不同氧化还原状态之间进行固-固转化，转换型固体电极的面积容量和电流密度可以通过电极负载进行调节，不受枝晶限制。与传统的锌金属负极相比，这种转换型电极显示出优异的面积容量、电流密度和循环稳定性。

图2. 高负载转换型负极在高面积容量下的循环稳定性

作为概念验证，作者以Fe₃O₄/Fe(OH)₂转换型负极为示例，并将其与广泛使用的液态铁氰化物 (Fe(CN)₆^3- ) 和亚铁氰化物 (Fe(CN)₆^4-)正极电解质耦合形成碱性转换型全铁混合RFB，具有前所未有的高循环面积容量。

在50 mA cm^-2下循环200次（1000小时）后容量为126.6 mAh cm^-2，60 mA cm^-2下100次循环（700小时）后面积容量为215 mAh cm^-2且循环过程无容量衰减。这种方法为开发用于大规模电网储能应用的高能量、低成本和长寿命混合RFB提供了新方向。

图3. 转换型全铁混合RFB与其他混合RFB系统的比较

High-Areal-Capacity Conversion Type Iron-Based Hybrid Redox Flow Batteries, Energy & Environmental Science 2021