分布式储能技术是构建智能电网的核心要素，是我国“构建以新能源为主体的新型电力系统”，实现双碳目标的重要基础之一，其规模应用必将有效提高可再生能源入网，推动电力能源生产与消费的深刻变革。熔盐电池（例如钠-硫电池、液态金属电池、ZEBRA电池等）作为一类重要的电化学储能装置，使用高温或中温熔盐作为电解质，因熔盐电解质优异的离子电导率率及高温特性，往往具有大容量、可高倍率充放电等一些常温电池所无法媲美的优势，因此在储能领域中具有潜在的广泛应用。然而，熔融盐电池的高工作温度一直是阻碍其实际应用的一个重要方面。虽然熔融盐电解质在高温下具有更高的离子电导率，但是金属组件的电子电导和腐蚀问题也为电池结构设计和后期电池组维护提高了难度。因此，基于熔盐电池的特点，开发出具有较低操作温度的熔融盐电池具有十分重要的意义。

针对上述问题，来自西安交通大学金属材料强度国家重点实验室微纳中心的宁晓辉教授课题组，基于在液态金属熔盐电池和熔盐铝离子电池中的理论研究基础，提出铁-石墨熔盐电池，这种电池以金属铁作为电池负极，具有超长循环寿命（>10000次），该成果发表于Energy Storage Materials 25 (2020) 801–810（IF=17.789）。但是，受限于铁在电解质中的影响，电池工作温度为170℃，同时，电池放电电压约为1.2V，使得电池整体的能量密度较低。

为了进一步尝试降低电池运行温度的可能性，同时提高电池能量密度和电极材料利用率，宁晓辉教授课题组构建了一种新型镍-石墨熔盐电池。近期，该研究成果以题为“An advanced Ni–Graphite molten salt battery with 95 °C operating temperature for energy storage application”发表在Chemical Engineering Journal期刊（IF=13.273）。这种新型镍-石墨熔盐电池利用 Ni/NiCl₂氧化还原和氯铝酸盐阴离子在石墨中的嵌入/脱嵌作为电池的充放电机制，使用低熔点的四元无机熔盐 AlCl₃/KCl/NaCl/LiCl 作为电解质，因此使得这种熔融盐电池具有 95 °C 的低工作温度和约 1.7V 的平均电压其在 500 mA/g 循环 120 次后可提供 174 mAh/g 的稳定比容量，容量保持率为 98%，可为未来基于熔盐电池的大型电力储能电池的开发提供了新的选择。博士研究生张文龙与硕士研究生廖陈正为该项工作的共同第一作者，宁晓辉教授为论文通讯作者，西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为论文唯一通讯单位。此研究也得到国家自然科学基金面上项目、自然基金委-国家电网联合基金重点项目、科技部重点研发计划等项目资助支持。

图 1. a-b) 镍-石墨熔盐电池的应用场景及其工作原理;

c-d) 电池倍率性能及其在500 mA/g 下 120 次循环

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135110