6000サイクル劣化なしの超安定型全鉄フロー電池を開発 (6,000 Cycles, No Decay: A Super-Stable Iron Complex Reinvents the Alkaline All-iron Flow Battery)

2026-04-17 中国科学院(CAS)

中国科学院金属研究所の研究チームは、アルカリ性全鉄フロー電池向けに、6000回以上の充放電でも容量劣化しない超安定型鉄錯体電解液を開発した。再生可能エネルギーの普及に伴い、低コストで安全性が高く、長寿命な大規模蓄電池技術への需要が高まっているが、従来の鉄系フロー電池では、活性種の分解や膜を通じた成分移動(クロスオーバー)が寿命を制限していた。研究では、水酸基やスルホン酸基を含む有機配位子から11種類の鉄錯体を設計し、その中から[Fe(HPF)BHS]⁴⁻錯体を最適材料として選定した。この錯体は、立体障害の大きい構造と負電荷界面を持ち、水酸化物イオンによる鉄中心への攻撃を抑制するとともに、活性種や配位子の膜透過を大幅に低減した。その結果、80mA/cm²条件で6000サイクル以上の無劣化運転と99.4%のクーロン効率を達成し、高電流密度でも高いエネルギー効率を維持した。研究成果は、再生可能エネルギー向け長時間蓄電システムの低コスト化と実用化を加速する可能性がある。

6000サイクル劣化なしの超安定型全鉄フロー電池を開発 (6,000 Cycles, No Decay: A Super-Stable Iron Complex Reinvents the Alkaline All-iron Flow Battery)
Design and screening strategy for electrolyte active materials in alkaline all-iron flow batteries. (Image by IMR)

<関連情報>

高い立体障害と負電荷を持つ陽極液の相乗的設計により、アルカリ全鉄フロー電池の6000サイクル安定性を実現 Synergistic Design of High Steric Hindrance and Negatively Charged Anolyte Enables 6000-Cycle Stability for Alkaline All-Iron Flow Batteries

Wei Wei, Qi-an Zhang, Hui Yan, Yuanfang Song, Ying Li, Ao Tang
Advanced Energy Materials  Published: 01 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/aenm.202506734

ABSTRACT

The alkaline all-iron flow battery (AIFB) adopting Fe complexes in both half-cells is an essential pathway to large-scale energy storage with inherent merits of long discharge duration. However, inferior electrochemical reversibility and ligand crossover hinder the long cycling stability of the AIFB. Herein, we delicately design the Fe complex anolyte with large-space steric hindrance and a negatively charged protective layer, which significantly boosts the long-term stability of the AIFB. While the coordination of Fe3+ with polydentate multi-ligands abundant in hydroxyl and sulfonic acid groups renders Fe complex a high steric hindrance, the negatively charged interface of Fe complex also effectively prevents OH attack and active species crossover by virtue of electrostatic repulsion, thereby synergistically achieving high electrochemical stability and low membrane permeation. Based on the design guidelines, the anolyte design process starts with 12 organic ligands as building blocks, followed by constructing 11 distinct Fe complexes with tailored structures. After multiple rounds of screening, the AIFB adopting the [Fe(HPF)BHS]4− anolyte exhibits a record-breaking ultra-long cycling stability over 6000 cycles at 80 mA cm2. This work provides deep insights into efficient anolyte design and offers a universal Fe complex design strategy, which is beneficial to promoting the application of high-performance iron-based flow batteries.

0402電気応用
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