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第一作者：杨凡 通讯作者：何章兴 通讯单位：华北理工大学 DOI：10.1002/aenm.71534 感谢华北理工大学何章兴团队（第一作者：杨凡）校稿！工作简介本综述系统总结了IRFBs的主要衰退机制，并重点阐述了采用代表性螯合官能团构建的螯合改性体系的最新研究进展；特别探讨了螯合作用对异相界面失稳、副反应及反应动力学失活的影响。最后，本文讨论了当前在配体设计、电解液相容性、反应机理解析及实际应用方面面临的挑战与未来发展方向，为开发用于大规模储能系统的高性能螯合补偿IRFBs提供了指导。《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》研究背景煤炭和石油等不可再生能源的不可持续开采引发了全球性环境危机，而此危机反过来加速了向更可持续能源体系的转型。以风能、太阳能和潮汐能为代表的可再生能源的快速发展，已成为推动能源结构转型的重要支撑力量。然而，由于可再生能源具有间歇性和波动性特征，对电力系统的稳定运行提出了更高要求。电化学储能技术因高能量转换效率和快速响应速度等优势而受到广泛关注。氧化还原液流电池（RFBs）作为一项前景广阔的电化学储能技术，具有循环寿命长、安全性高等优点，使其成为大规模储能应用的理想候选方案。尤其是铁基氧化还原液流电池（IRFBs），因铁资源储量丰富且原材料成本较低而备受关注，使得IRFBs成为未来长时标、大规模储能应用的理想解决方案。核心内容1.IRFBs的衰退机制图1.IRFBs的衰退机制 随着电池的长期运行，IRFBs不可避免地受到多种衰退机制的影响，这些机制进而导致其循环稳定性下降。基于IRFBs的固有特性，主要衰减机制可归纳为三大类：异相界面失稳、副反应以及动力学失活（图1）。 1.1.异相界面失稳机制 异相界面失稳主要发生于不同相之间的界面区域，例如电极/电解质界面。由于电解质中物质分布的不均匀性，铁基活性物质易发生不均匀析出，从而引发沉积诱导的枝晶生长。在碱性环境中，高浓度的氢氧化物使离子积Q远大于Fe(OH)₃的固有溶度积Ksp，在热力学上强烈驱动平衡向氢氧化物沉淀方向移动，导致铁离子水解程度增加及沉淀形成。这些现象共同引发界面不稳定性，并进一步导致电池性能下降。 在沉积型IRFBs中，铁基活性物质是通过可溶性离子态与固态金属铁之间的可逆转化过程实现的。在反应过程中，Fe2+优先在高活性位点成核并发生还原沉积，从而在电极表面形成局部凸起结构。随着循环进程的推进，不均匀沉积现象会增强局部电场强度并促进Fe²⁺的迁移。此过程诱导了铁枝晶的无序生长，可能穿透离子交换膜并引发内部短路。枝晶的持续生长与剥落将破坏多孔电极的结构完整性，导致活性物质脱落及通道阻塞，从而降低电池的反应活性并加剧电池极化现象。 在基于沉积型IRFBs中，酸性电解液原本会抑制Fe2+/Fe3+的水解反应。然而，在充电过程中，HER持续消耗H+，导致局部pH升高，从而引发铁离子的水解。随着pH值升高，游离的Fe2+/Fe3+逐渐水解形成羟基物种，羟基物种最终转化为不溶性的Fe(OH)2和Fe(OH)3。在全溶型全溶型IRFBs中，铁活性物种及相关离子物种在电解质中处于动态平衡状态。然而，游离的Fe3+和Fe2+具有强烈的水解倾向。它最初与水分子配位形成[Fe(H2O)6]3+和[Fe(H2O)6]2+。与此同时，碱性条件下的极高氢氧化物项使得离子积Q远远超过Fe(OH)3的溶度积常数Ksp。从热力学角度看，强烈地推动了平衡向三价铁氢氧化物沉淀的生成方向移动，最终导致不可逆的沉淀反应。Fe3+强烈的静电相互作用削弱了配位水分子中的O─H键，促进了质子的逐渐释放以及一系列水解铁络合物的形成。随着水解程度的增加，羟基铁物种通过相互连接经历缩合、聚合和成核过程。最终，导致不溶性Fe(OH)₃或Fe(OH)₂沉淀的形成。 1.2.副反应机制 在IRFBs中，副反应主要涉及HER与交叉污染现象。HER通过竞争性反应消耗电荷，从而降低反应选择性；而跨膜离子传输则会导致电解液污染、活性物质损失以及电荷失衡。IRFBs中的HER主要发生于充电过程的负极侧。根本原因在于负极活性物质的氧化还原电位较低，且在充电过程中负电位会进一步向负方向移动。当电极电位降至或低于水溶液中HER的平衡电位时，溶液中的H⁺或H2O将在电极表面获得电子并被还原生成H₂。 交叉污染的本质源于活性物质在膜两侧因浓度梯度与膜选择性不足的共同作用下所发生的迁移过程。沉积型IRFBs中的交叉污染主要是由于正负极铁物种之间的迁移。其中，正极产生的Fe3+在进入负极后可与沉积的金属Fe发生反应，从而引发自放电现象及容量衰减。在全溶型IRFBs中，由于不存在金属铁沉积过程，跨膜污染主要由溶液中的铁络合物、游离配体及小分子组分的迁移所引起，导致电解液两侧的组分失衡，活性物质流失，进而加剧容量衰减并降低循环稳定性。 1.3.动力学失活机制 此外，动力学失活是IRFBs中一种重要的衰退机制。在长期循环过程中，活性物质的传质过程与界面电子转移效率会逐渐下降；电解液黏度的增加会降低活性物质的扩散系数，并加剧浓差极化现象；而配体重排与配位层重组则会提高电子转移能垒，从而加剧极化效应并降低电池效率。 电解质黏度的增加主要与温度变化、活性物质浓度变化以及游离离子或大体积配体的存在有关。随着工作温度升高，增强的分子运动会改变电解质内部的相互作用，从而影响其黏度；与此同时，氧化还原活性物质浓度的增加会强化离子间相互作用及溶剂化效应，导致电解质黏度升高。此外，电解质中的游离离子与大体积配体会产生更强的位阻效应，增加流动阻力并恶化电解质的传质性能。根据斯托克斯–爱因斯坦关系式，离子的扩散系数与电解质黏度成反比。因此，黏度的增加会降低诸如Fe2+/Fe3+等氧化还原活性物质的扩散系数，从而限制向电极表面的迁移并制约其电化学参与程度。扩散能力的降低会加剧电极界面附近的浓度梯度，增强浓差极化效应，并减少反应物的有效供给量。增加的传质阻力会阻碍电荷转移过程，导致电极反应动力学性能下降。 此外，金属中心的优先配位环境会随其氧化态的变化而改变。由于不同氧化态对应不同的d电子排布，金属离子的配位数、键合强度及局部几何构型均可随之调整，会导致配体取向变化或配体重排、金属–配体键长改变以及配位多面体重构。此类氧化还原诱导的结构变化将增加内层重组能、提高电子转移能垒，并降低氧化还原反应动力学速率。此外，配位环境的动态变化还会削弱金属中心与电极之间的电子耦合、降低交换电流密度，并限制界面电荷转移过程。因此，在循环过程中，由配位结构重组引起的动力学瓶颈将加剧极化效应，最终导致电池性能下降。   2.螯合补偿机制 螯合补偿机制是一种配位化学方法，通过引入多齿螯合配体与金属活性中心形成稳定的环状配位结构。该策略借助配位键合、电子效应、空间限域及熵调控等作用，重构了金属离子的配位环境，并增强了金属中心与配体之间的协同相互作用；由此可缓解氧化还原过程中出现的结构不稳定性、较高的电子重组能垒以及副反应倾向。通过调控氧化还原电位、溶解度及电子转移动力学等关键参数，该方法可提升活性物质的稳定性、电化学可逆性以及电池整体性能。 2.1.抑制枝晶生长与水解 通过配位化学调控，当采用合适的螯合配体时（其中Lx表示与Fe2+或Fe3+配位的配体），基于沉积法制备的IRFBs中Fe2+Fe0的液固转化过程可被可溶性Fe2+-Lx/Fe3+-Lx。该策略可消除金属铁沉积现象，从而有效抑制枝晶生长；同时保留了液流电池中能量容量与功率输出的独立调控特性，进而提升界面稳定性。 在实际电解质条件下，铁物种存在于水合态、水解态及配体配位态之间一个动态且依赖于pH的平衡体系中。螯合作用主要通过将该平衡向可溶且电化学性质稳定的Fe-配体物种方向移动来抑制水解反应，而非完全消除水解中间体。在全溶型IRFBs中，局部pH的升高以及电极附近铁物种的积累可促进Fe³⁺的水解反应及Fe(OH)3的沉淀。螯合补偿机制通过多齿配体重构铁离子的第一配位层。供体原子（如N和O）可取代易去质子化的配位水分子，从而降低H2O或OH–进入内层配位层的概率。与此同时，配体的σ供体与π供体或π受体特性调控着t₂g与eg轨道能量、配体场分裂以及Fe2+与Fe3+的相对稳定性。这些效应增强了Fe–Lₓ键合强度，并在氧化还原循环过程中维持了配位构型。因此，该策略可减少游离Fe³⁺及氢氧桥连物种的形成，还抑制了金属中心水的配位活化和阳极水氧化，使铁络合物在超过热力学水分解极限的电势下保持良好的动力学稳定性（图2a）。图2.IRFBs中螯合补偿机制的示意图 2.2.抑制副反应 HER反应与铁的氧化还原反应相互竞争，从而导致电池效率降低。基于配体场理论，螯合配位策略通过调控铁活性中心的配位环境有效地抑制了HER反应。螯合配体与铁离子之间的相互作用改变了Fe...

第一作者：饶浩耀，潘律名 通讯作者：赵天寿 通讯单位：南方科技大学 DOI：10.1039/d6ee01339b 感谢南方科技大学赵天寿院士团队魏磊老师校稿！工作简介本研究结合目标实验与数值模拟相结合，以阐明电解质价态（EVS）不平衡的起源，并确定潜在的缓解策略。气相色谱、电化学诊断和数值模拟在内的综合分析表明EVS的不平衡主要是由于长期运行过程中累积的析氢作用。而且，热力学和动力学评估进一步表明增强的肋下对流速率以及有效地去除演化的氢气，对于抑制EVS的偏差至关重要。在此基础上，作者团队提出了优化流场结构和采用热处理来提高电极的亲水性作为一种实用的、可实现的对策。因此，在300mA...

第一作者：祝学炜 通讯作者：蒋浩然 通讯单位：天津大学 DOI：10.1016/j.apenergy.2026.128811 感谢天津大学蒋浩然团队（第二作者：蔡宇豪博士）校稿！工作简介本研究构建了一个多物理场动态模型，用于分析电解液温度与环境温度如何通过影响钒液流电池的热物性及电化学过程，改变系统的能量损失特性；同时基于区域电网电价对系统进行了经济性评估。结果表明，极化损失始终是系统能量损失的主要来源，在10°C时占比达66%，在40°C时占比为43%；而随着电解液温度升高，第二大能量损失由10...

第一作者：林旭 通讯作者：韩美胜、李文甲和赵天寿 通讯单位：南方科技大学 DOI：10.1007/s40820-026-02345-y 感谢南方科技大学赵天寿院士团队（第一作者：林旭）校稿！工作简介本综述系统梳理了容量衰减的多维机理：包括由跨膜迁移引起的体积失衡、活性物质的失活与分解、电极退化以及由副反应引发的价态失衡。针对这些挑战，本综述深入探讨了从物理修复到智能调度的容量恢复策略，涵盖高选择性膜的研发、价态的精准调控、电极的功能化修复，以及整合数字孪生技术的模型驱动型预测路径。最后，本文总结了当前面临的挑战（如表征技术局限性及容量恢复率不完善等问题），并展望了容量恢复技术的未来发展方向。《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》研究背景氧化还原液流电池（RFBs）作为一种前景广阔的大型长时储能技术，在构建全球现代低碳能源体系中发挥着不可替代的关键作用。RFBs核心工作原理在于利用外部储罐中的氧化还原电对在泵力驱动下于电极处发生可逆电化学反应。与传统的固态电极电池不同，RFBs的一个显著优势在于功率与容量可独立解耦：功率由电堆尺寸决定，而容量则由电解液体积决定，从而提供了极高的设计灵活性。此外，RFBs的电解液为水基溶液，具有固有安全性，有效规避了传统锂离子电池（LIBs）存在的热失控风险。在全球能源结构转型的背景下，凭借高稳定性和较低的水平化储能成本，RFBs在电网调峰及长时备用储能领域展现出巨大的应用潜力。尽管通过单纯扩大电解液储罐来提升RFBs储能容量的边际成本远低于扩展LIBs系统所需的成本，但RFBs尚未实现大规模商业化应用，因为循环过程中不可避免的容量衰减问题仍是其发展的核心障碍。本综述认为当电解液具备理论上无限循环寿命时，RFBs所蕴含的固有经济优势才能得到充分发挥。容量衰减使电解液从一种稳定的固定资产转变为一种可消耗的材料，从而削弱了水平化储能成本优势，正是液流电池在大规模商业应用中形成核心竞争力的关键。因此，制定有效的容量恢复策略对于确保这类储能系统的长期经济可行性及运行稳定性至关重要。容量衰减与电解液相关的衰减机制密切相关；例如，电解液组分的交叉迁移可能导致半电池间出现体积不均衡现象，而可用于氧化还原反应的活性材料则会在反复充放电循环过程中逐渐减少。由于电解液约占电池系统总成本的50%，因此开发有效的容量恢复策略对于提升液流电池的长期经济可行性具有重要意义。核心内容1.容量衰减机制 1.1正负极电解质浓度失衡图1.a...

第一作者：杨阳 通讯作者：宋忠孝 通讯单位：西安交通大学 DOI：10.1021/acs.nanolett.6c02931 感谢西安交通大学宋忠孝团队（第一作者：杨阳）校稿！工作简介本研究通过柠檬酸螯合介导的原位生长法，制备出一种具有精确调控氧空位的缺陷工程化氧化铈/石墨毡电极。结构表征结果证实了该电极实现了活性位点的最大化并保持了高效的传质过程。结合实验与DFT计算表明适度的氧空位可缩小d–p能带中心间隙，并优化V–O吸附作用以加速反应动力学。优化后的电极在300mA...

第一作者：张婧文 通讯作者：刘熙俊 通讯单位：广西大学 DOI：10.26599/NRE.2026.9120260 感谢广西大学刘熙俊团队（第一作者：张婧文）校稿！工作简介本文报道了一种核壳结构的Co₂P₂O₇@CoP催化电极。在该结构中，CoP壳层充当了促进快速电荷转移的高导电通道，而Co₂P₂O₇核层则提供了具有强固定作用的极性P-O活性位点，可有效固定多硫化物和多碘化物中间体。双功能设计实现了S₂⁻/Sₓ²⁻与I⁻/I₃⁻氧化还原反应的同步加速以及副反应的有效抑制。因此，所组装的SIFB在20mA...

第一作者：郝文涛 通讯作者：张国营 通讯单位：中科院山西煤化所 DOI：10.26599/NRE.2026.9120268 感谢中科院山西煤化所张国营团队校稿！工作简介本文提出一项设计原则：采用对称且偶极矩趋近于零的分子核心，可诱导形成一个致密且均匀结合的水合壳层，从而在空间上阻断双分子降解过程。为验证该原理，作者团队合成了偶极矩范围从25.4D至0.0004D的蒽醌类化合物。其中，完全对称的1,5-二氨基蒽醌（15AQS）能够形成一个完整的、紧密堆积的水合壳层。实验结果表明15AQS具有卓越的稳定性：容量衰减率仅为每循环0.00018%，比基准化合物（1,4-、2,6-及2,7-衍生物）低100倍；在0.5M浓度下可实现342mW...

第一作者：阳文胤 通讯作者：纪亚 通讯单位：上海交通大学 DOI：10.1039/d6ta04071c 感谢上海交通大学纪亚团队（第一作者：阳文胤）校稿！工作简介本研究设计了中空碳纳米纤维（HCNF）以构建内部传质通道，同时为MnO纳米颗粒的固定化提供双侧活性位点。具体而言，通过采用聚苯乙烯（PS）作为牺牲剂的同轴静电纺丝法制备中空碳纳米纤维；创新性地引入三聚氰胺作为结构优化剂，有效解决了纤维塌陷与粘附问题，制得具有高中空率、结构规整且分散均匀的纤维网络。此外，通过浸渍–退火策略将MnO纳米颗粒均匀锚定于纤维的内表面和外表面，形成MnO@HCNF复合电极。得益于中空结构所提供的增强传质能力以及MnO对VO2⁺/VO₂⁺反应所具有的高效催化活性，该复合电极实现了低电荷转移电阻、大电化学活性表面积以及优异的反应动力学特性。采用优化型HCNF–15MnO电极的VRFBs在100mA...

第一作者：刘鑫 通讯作者：高彦峰、丁常胜、崔苑苑 通讯单位：上海大学 DOI：10.1007/s40820-026-02349-8 感谢上海大学高彦峰团队（第一作者：刘鑫）校稿！工作简介本文采用逆向设计策略，将额外高浓度的MnO₂引入常规锰基电解质中。通过利用MnO₂/Mn²⁺电化学反应成功规避了硫酸根的同离子效应，将电解质中可溶性锰浓度提升至3.76M，实现了156.2Ah...