フロー電池向けに高可逆な4電子移動を実現するスズ系負極を開発(Researchers Develop Tin-Based Anode Enabling Highly Reversible Four-Electron Transfer for Flow Batteries)

2026-10-10 中国科学院(CAS)

中国科学院大連化学物理研究所の李先鋒教授らは、スズの酸化還元反応を制御することで、フロー電池用負極における高可逆性の4電子移動を実現した。研究成果は10月9日付の学術誌『Nature Chemistry』に掲載された。従来、スズ系負極では、Sn⁴⁺から金属スズ(Sn⁰)への変換過程において、反応速度の遅さや可逆性の低さが課題となっていた。研究チームは、電解液にヨウ化物イオンを導入し、スズイオンの配位構造を調整する手法を開発。これにより、電子移動に伴う再編成エネルギーを低減し、反応速度と可逆性を改善した。開発したスズ・臭素系フロー電池は、電流密度40 mA/cm²でエネルギー効率89%、体積エネルギー密度205 Wh/Lを達成。さらに、キロワット級電池スタックで1,000時間を超える安定動作を確認した。高エネルギー密度と長時間運転を両立する次世代蓄電技術として、再生可能エネルギーの普及や分散型エネルギー貯蔵への応用が期待される。

<関連情報>

高エネルギー密度フロー電池用可逆性Sn4 + /Sn0アノード Reversible Sn4+/Sn0 anode for high-energy-density flow batteries

Yue Ao, Xiaoxiao Wang, Chengji Zhao, Yanyan Zhang, Zhangquan Peng, Fuyi Wang, Shengli Chen, Congxin Xie & Xianfeng Li
Nature Chemistry  Published:09 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41557-026-02275-7

フロー電池向けに高可逆な4電子移動を実現するスズ系負極を開発(Researchers Develop Tin-Based Anode Enabling Highly Reversible Four-Electron Transfer for Flow Batteries)

Abstract

Aqueous batteries offer a relatively safe, energy-dense means to store electrochemical energy. Tin is a promising anode material, due to its potential four-electron redox-active states and lack of dendrite formation. However, the irreversible electrochemical behaviour of the Sn4+/Sn2+ couple have limited high-capacity anode development. Here we achieve the reversible Sn4+/Sn2+ conversion, enabling a Sn4+/Sn0 anode for high-energy-density flow batteries. We accomplish this by adding iodide to highly soluble SnCl4 solutions at ratios that form SnCl62− and SnI62− intermediate complexes. SnI62− reduces reorganization energy during the electrochemical reaction of Sn4+/Sn2+, ensuring reversibility. SnCl62− imparts anolyte solubility. The redox peak potential difference decreased from 978 mV (Cl−) to 97 mV (I−), with a substantial decrease to the electron transfer impedance decrease. Coupled with Br−/Br2, the assembled full battery showed 89% energy efficiency at 40 mA cm−2, 227 Ah l−1 anolyte capacity and 205 Wh l−1 anolyte energy density. Based on these studies, we developed a kilowatt-scale stack that can operate stably for over 1,000 h.

0402電気応用
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