A High Energy Density, Non-Flow Zinc Bromine Battery Enabled by a Solubility Product Optimization Strategy

溶解度 锌 流动电池 电池(电) 能量密度 溴 材料科学 流量(数学) 化学 化学工程 冶金 热力学 工程物理 有机化学 工程类 物理 机械 功率(物理)
作者
Shain Sagar Mollick,Tapas Kumar Mandal,Srinivasan Ramakrishnan
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:172 (1): 010503-010503 被引量:1
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ad9fe2
摘要

The non-flow zinc-bromine battery (ZBB) is a promising, energy-dense alternative to lead-acid batteries for stationary storage applications. Yet it is plagued by instabilities related to self-discharge and corrosion caused by Br 2 , which is the product of charging. We report an energy-dense, non-flow ZBB achieved through a systematic screening of tetraalkylammonium halide (QX, where Q = tetraalkylammonium, X=Br – , Cl – ) based Br 2 trapping agents via solubility product measurements of the respective charged products, i.e. QBr 3 , simultaneously optimizing for the highest achievable ZnBr 2 + QX concentration to maximize cell capacity. Through this strategy, we found that tetraethylammonium chloride (TEACl) provided an optimal bromine trapping ability while enabling high ZnBr 2 solubility via the suppression of (TEA) 2 [ZnX 4 ] formation. These attributes led to enhanced coulombic efficiency, lower charge/discharge hysteresis, and improved capacity retention at high states of charge as compared to other quaternary ammonium salts. Using porous carbon electrodes in a low-cost, stackable cell design that enables refurbishment of all the cell components, we were able to achieve extended cycling stability and a cell level energy density of 154 Wh kg −1 .
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