Шанхайский университет: суспензия MnO2 подняла ёмкость марганцевой проточной батареи до 156,2 А·ч/л

Исследователи Шанхайского университета разработали полутвёрдый суспензионный электролит для марганцевых проточных редокс-батарей с удельной ёмкостью 156,2 А·ч на литр католита. По данным работы в Nano-Micro Letters, это на 409% выше, чем у описанных ранее электролитов на основе MnSO4 doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Результаты получены в лабораторных ячейках.

Предел растворимости марганцевых электролитов

В обычных электролитах на H2SO4 эффект общего иона SO4 2− ограничивает растворимость MnSO4 величиной 1 M и ниже, поэтому удельная ёмкость марганцевых проточных батарей остаётся низкой doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Полутвёрдые батареи на MnO2 должны повышать ёмкость, но медленная кинетика реакций удерживала прежние ячейки на плотностях тока не выше 1 мА/см² doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.

Авторы ввели в обычный марганцевый электролит высокую концентрацию MnO2. Электрохимическая реакция MnO2/Mn2+ обходит эффект общего иона: суспензия с 4 M MnO2 дала концентрацию растворимого марганца 3,76 M doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.

Плотность тока и циклирование

По сообщению авторов, при втором цикле заряда обратная диспропорционация электролитического MnO2 переводит механизм с пары твёрдый MnO2/Mn2+ на растворённую пару Mn3+/Mn2+. Это повышает напряжение разряда и позволяет стабильно работать при 30 мА/см², что в 30 раз выше, чем у описанных Mn-полутвёрдых проточных батарей doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. При той же концентрации суспензии и этой плотности тока ёмкость оставалась выше 151 А·ч/л, а энергетическая эффективность превышала 71%.

В отдельном тесте ячейка с суспензией 1 M MnO2 выдержала 100 циклов заряда-разряда с кулоновской эффективностью около 99% и энергетической эффективностью 76%. Исследователи отмечают, что нужна дальнейшая работа по снижению потерь ёмкости из-за перекрёстного переноса марганца и накопления частиц.

Авторы представляют подход как стратегию проектирования полутвёрдых суспензионных электролитов, способную расширить применимость проточных батарей для сетевого хранения энергии из возобновляемых источников doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.