由于太陽(yáng)能和風(fēng)能具有隨機性和間歇性，如何科學(xué)有效地將此類(lèi)可再生能源轉化為電能供人類(lèi)使用及如何科學(xué)解決其非穩態(tài)特性，緩解電力系統供需矛盾成為所有能源科學(xué)家的研究課題之一。水系液流電池儲能技術(shù)(RFB)因具有容量和輸出功率相互獨立、系統設計靈活、壽命長(cháng)及安全性極高等特點(diǎn)，成為大規模電網(wǎng)能量?jì)Υ鎽弥凶顬橹匾募夹g(shù)之一。傳統的水系全釩液流電池和鋅溴液流電池由于材料成本較高，電解液腐蝕性大及能量密度低(< 60 Wh L-1)等局限性，導致其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢。香港中文大學(xué)的盧怡君團隊一直致力于研發(fā)各種清潔能源技術(shù)，多項創(chuàng )新技術(shù)發(fā)表于國際高水平雜志(Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater.等)。近期，盧怡君團隊在國際著(zhù)名能源雜志Energy & Environmental Science上報道的一種新型高能量密度的鋅-碘溴液流電池技術(shù)高達101 Wh L-1，刷新了目前水系液流電池能量密度的記錄(如下圖所示)。該項技術(shù)由于使用便宜安全的化學(xué)品，中性溫和的水系電解液和低廉的石墨氈電極而極具商業(yè)開(kāi)發(fā)前景。

　　為了實(shí)現液流電池高能量密度和低成本的目標，盧怡君團隊首先通過(guò)文獻檢索、科研經(jīng)驗及理論分析鎖定高溶解度的碘化鋅作為主要的活性電解液原料。在碘化鋅液流電池中，碘離子和鋅分別作為正極與負極的電化學(xué)活性物質(zhì)。然而為了維持良好的循環(huán)性，在充電時(shí)，碘離子的正極反應一般會(huì )控制在2/3個(gè)電子的傳輸。此正極反應最終的產(chǎn)物為碘三負離子(I3-)，這就意味著(zhù)有1/3的碘離子“浪費”了。那么，如何能把這“浪費”的1/3的碘離子利用起來(lái)呢?盧怡君團隊通過(guò)進(jìn)一步的研究和探索，首次創(chuàng )造性地提出通過(guò)在碘溶液中添加溴離子來(lái)“解鎖”這1/3的碘離子(如下圖所示)。該項技術(shù)發(fā)明，可以將以碘化物為主的電化學(xué)儲能體系的理論最大儲能容量再提高1/3。通過(guò)實(shí)驗驗證，該新儲能體系比未添加溴離子的鋅碘液流電池具有更高的能量密度(高達101 Wh L-1)，循環(huán)性能也十分穩定。同時(shí)，團隊通過(guò)電離子噴霧-質(zhì)譜技術(shù)分析確認了該新體系的電化學(xué)機理。原來(lái)，大量的溴離子在充電過(guò)程中取代了碘三負離子中的碘離子形成碘溴離子(I2Br-)，從而“解鎖”了該部分碘離子來(lái)進(jìn)一步貢獻于儲能容量。該新體系的電化學(xué)反應由于沒(méi)有涉及到任何腐蝕性強的物質(zhì)，盧怡君團隊認為該體系將會(huì )是一種極具潛力的電網(wǎng)儲能體系。

　　由于此概念在水系碘化物儲能體系中得到可觀(guān)的儲能優(yōu)化，盧怡君團隊試圖將此創(chuàng )新概念引入至非水的碘化物儲能體系。經(jīng)過(guò)實(shí)驗證明，在碘化物活性非水電解液中添加溴離子來(lái)增大儲能容量的方法也適用于非水體系。在接下來(lái)的科研探索中，盧怡君團隊將通過(guò)研發(fā)低廉且性能好的電極材料和膜材料來(lái)繼續優(yōu)化這些具備前景的儲能體系。

　　來(lái)源：X-MOL