Low cost Fe-Zn redox flow battery with high energy density

In the next 10 years a further and rapid growth of renewable energy sources (e.g., wind and solar), naturally intermittent, is expected, demanding for low-cost and large-scale energy storage systems to smooth out the power supply. Electrochemical energy storage systems offer the best combination of efficiency, cost and flexibility. Flow batteries are a type of battery which is not well-known as others, but they can play an important role for large scale energy storage in the near future. Most studied and performing flow batteries are the all-vanadium redox flow batteries (VRFBs), but the high cost of the raw materials still limit their application on vast scale. In this work, a new Fe-Zn RFB is presented, with both redox couples operating in acid aqueous solutions, allowing for simple single-membrane design. This, in addition to abundant and economic raw materials, like zinc and iron, further reduce production costs. The battery is constructed combining an iron-sodium citrate redox pair and a zinc-sulfamate redox pair, creating ∼1,48 V of formal cell voltage. Good performance, able to rival with the VRFB, has been demonstrated, after addressing some challenges, including the well-known dendrite formation during zinc electrodeposition.

Nei prossimi 10 anni si prevede un'ulteriore e rapida crescita delle fonti di energia rinnovabile (ad es., Eolica e solare), intermittenti per natura, che richiedono sistemi di stoccaggio di energia a basso costo e su larga scala per livellare e regolare la fornitura di energia. I sistemi di accumulo ad energia elettrochimica offrono la migliore combinazione di efficienza, costi e flessibilità. Le batterie a flusso sono un tipo di batteria meno noto di altri, ma possono svolgere un ruolo importante per l'accumulo di energia su larga scala nel prossimo futuro. Le batterie a flusso più studiate e performanti sono le batterie a flusso basate sul vanadio (VRFB), ma l'alto costo della materia prima limita ancora la loro applicazione su vasta scala. In questo lavoro, viene presentato un nuovo Fe-Zn RFB, con entrambe le coppie redox operanti in soluzioni acquose acide, consentendo una semplice progettazione a singola membrana. Questo, unito alle materie prime abbondanti ed economiche, quali lo zinco e il ferro, riduce ulteriormente i costi di produzione. La batteria è costruita combinando una coppia redox di ferro-sodio citrato e una coppia redox di zinco-solfammato, creando una cella con ~ 1,48 V di tensione formale. Le buone prestazioni, in grado di competere con il VRFB, sono state dimostrate, dopo aver affrontato alcune sfide, inclusa la ben nota formazione di dendriti durante l'elettrodeposizione di zinco.