February 2025

中科院大连化物所李先锋研究员 2024年液流电池重点研究成果总结 （第二部） 作者简介 李先锋，研究员，博士生导师，现任中国科学院大连化学物理研究所副所长、储能技术研究部部长。国家杰出青年科学基金获得者，国家万人计划“科技创新领军人才”，享受国务院政府特殊津贴。长期从事电化学储能技术特别是液流电池储能技术的基础研究和产业化开发工作。获包括中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖和专利金奖(排名第1)、辽宁省技术发明一等奖(排名1)、中国科学院科技促进发展奖(排名1)、国家技术发明二等奖(排名3)，中国科学院杰出科技成就奖(排名2)、青山科技奖、科学探索奖等科技奖励。在Energy Environ. Sci., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Adv. Mater., Chem. Soc. Rev., Sci. Bull. 等杂志发表SCI论文300余篇，引用18000余次，H因子74。授权发明专利300余件，国际授权专利10余件。担任Chinese Chemical Letters、Advanced Membranes、Renewables副主编，Science Bulletin执行编委, J. Energy Chem., Sustainable Energy & Fuels (RSC), 储能科学与技术等杂志编委。作为项目负责人主持和负责了包括国家973计划项目、国家杰出青年科学基金、中国科学院先导A专项、国家自然科学基金以及与企业合作技术开发项目30余项。本文总结了李先锋研究员2024年度在液流电池领域的相关文章（第二部）。   点击以下题目查看第一部 “中科院大连化物所李先锋研究员2024年液流电池重点研究成果总结” （第一部） 文献总结 1. 通过恢复死锌来低成本实现锌基液流电池阳极液利用率达到99% （点击论文名称查看全文赏析）    锌基液流电池（ZFBs）被认为是大规模储能系统的有前景的候选者。然而，死锌和锌枝晶的形成使得ZFB通常以低阳极电解液利用率（AUR）运行，特别是在高面容量和电流密度下，限制了它们的应用。在这项研究中，香港城市大学支春义教授&大连化物所李先锋研究员团队开发了一种通过Zn-Bi2O3化学解决以上问题的有效策略。研究发现Bi2O3对死锌的电化学氧化可以快速恢复电池失去的容量。此外，还发现阳极电解液中饱和高价铋盐的存在有助于形成功能性的Bi和ZnBi合金界面，从而阻碍锌枝晶的生长。因此，含有Bi2O3的碱性锌铁液流电池（AZIFBs）即使在160 mA cm−2下也能保持99%的阳极电解液利用率（AUR），是ZFBs在如此高的电流密度下报道的最高值。同时，AZIFBs还可以实现超过800小时的超高循环稳定性，平均库仑效率为99.6%，面容量为99.5 mAh cm−2。总体而言，这项研究为高能量密度和低成本、高AUR的ZFBs提供了有价值的见解，并促进了它们的发展。    2. 多溴化物的分子极性调节用于高性能低温锌溴液流电池 （点击论文名称查看全文赏析）    由于在低温环境中多溴化物的固化显著影响了锌溴液流电池（ZBFB）的电化学性能，限制了其在寒冷地区的广泛应用。本文中，中科院大连化学物理研究所李先锋研究员提出了两种独立使用的络合剂阳离子(正丙基–（2-羟乙基）–二甲基铵（N[1,1,3,2OH]+）和二乙基–（2-羟基乙基）–甲基铵（N[1,2,2,2OH]+）)，通过精确调节多溴化物的分子极性使ZBFBs在低温和室温下都能表现出优异的性能。得益于骨架上碳数量和位置的优化设计，与胆碱相比，N[1,1,3,2OH]+–和N[1,2,2OH]+–多溴化物的分子极性适当降低，有助于提高溴捕获能力。此外，它们羟基的分子间氢键效应并没有显著增强，从而确保形成的复合物在低温下保持良好的流动性。因此，具有单一络合剂的ZBFB不仅在室温下1600次循环中表现出＞95%的优异平均库仑效率，而且可以在-20℃下以40 mA cm-2的高电流密度维持250次循环。    […]

中南大学刘素琴教授课题组 2024年液流电池重点研究成果总结 作者简介 刘素琴，中南大学化学化工学院教授，博导，湖南省“钒储能电池材料工程中心”副主任，国家重点研发计划项目负责人，湖南省杰出青年，液流电池标委会成员。获省部级自然科学奖、科技进步奖等5项。多年来主要从事储能材料与器件化学、纳米功能材料化学方面的研究。在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Chem. Commun.、J. Mater. Chem. A等发表SCI收录论文260余篇，授权国家发明专利23件，参编出版专著2部。本文总结了刘素琴教授课题组2024年度在液流电池领域的相关文章。 文献总结 1、调控聚苯并咪唑膜中的分子相互作用，用于高效钒氧化还原液流电池 （点击论文名称查看全文赏析）  聚苯并咪唑（PBI）膜的紧密连接结构是其质子传导性差的根源，需要一种松弛膜结构的策略以显著提高质子传导率并保持其结构稳定性。因此，中南大学王珏和刘素琴教授研究团队提出了一种通过调节PBI膜内的分子相互作用来调控PBI膜结构并提高质子传导率的新策略。该团队通过依次用DMSO/水和酸处理PBI膜来调节PBI膜中的分子相互作用。制备的PBI膜的质子传导率提高了3850%（从1.9到76.3 mS cm-1），在200 mA cm-2下实现了80.5%的高能量效率。更重要的是，这项工作揭示了PBI膜的构效关系和提高质子传导率的机制，对VRFB膜的发展具有重要意义。    2、在钒氧化还原液流电池中溶剂/非溶剂策略实现优良聚苯并咪唑膜的本质 （点击论文名称查看全文赏析）  聚苯并咪唑（PBI）膜的紧密连接结构可以通过溶剂/非溶剂来松弛，以实现钒氧化还原液流电池（VRFB）的高质子电导率。然而，溶剂/非溶剂策略背后的本质并没有揭开。本研究，中南大学刘素琴&王珏团队基于膜中不同组分之间的相互作用，提出了一个分析PBI膜松弛配方效果的指导方针。根据指南，由DMSO/甲酰胺配方衍生的高效PBI膜对VRFB表现出了优异的性能，质子电导率提高了4300%（从1.93 mS cm-1提高到83.33 mS cm-1），用制备的膜组装的VRFB在200 mA cm-2下实现了82.5%的能量效率。这项工作深刻地揭示了PBI膜的结构、性能和性能关系，对膜的开发具有重要价值。  3、钙钛矿中的可调B位阳离子用于调节钒氧化还原液流电池中的阳极反应动力学 （点击论文名称查看全文赏析）   钒氧化还原液流电池（VRFB）的实际性能仍然受到阳极的缓慢动力学和主要副反应的严重限制。在此，华北理工大学何章兴&中南大学刘素琴&中科院金属研究所唐奡联合通过实验和第一性原理计算，提出了SrBO3（B=Ti，Zr，Hf）钙钛矿的B位管理策略，以促进阳极反应。随着B原子序数的增加，B–O键极性的增强和氧缺陷的增加可以促进钒离子的吸附，而B–O原子键轨道杂化的减弱促进了阳极反应的电荷转移。与SrTiO3和SrZrO3相比，SrHfO3的超大颗粒和变形晶体降低了其催化作用。在SrBO3钙钛矿中，SrZrO3因其强的亲水性、大的表面积和所需的晶体结构的优势组合而在催化方面脱颖而出。此外，与200 mA cm–2的空白电池相比，使用SrZrO3的VRFB在300 mA cm–2中表现出63.2%的优异能量效率（EE），EE增加了15%。这项工作为建立钒氧化还原反应所需的催化体系的结构和组成灵活性与可调钙钛矿性质之间的关系奠定了基础。    4、在聚苯并咪唑膜中构建水分子链用于钒氧化还原液流电池 （点击论文名称查看全文赏析）    优化聚苯并咪唑(PBI)膜的质子电导率对实现性能优越、成本低廉的钒氧化还原液流电池(VRFB)的商业化具有重要意义。然而，PBI质子导电性差的根本原因，严重阻碍了其在VRFB中的应用，目前还没有得到解决。为了解决这一问题，中南大学刘素琴教授团队以KOH/乙醇为浇铸溶剂，通过去质子化策略切断PBI链之间的氢键，减弱PBI链之间的相互作用，增大PBI链内部的自由体积，从而形成水分子链。水分子链有效地促进了Grotthuss机制下的质子转移，使质子电导率提高了1400%以上。在80mA cm−2条件下，VRFB的能量效率从71.5%提高到83.3%，同时保持了膜阻隔钒离子渗透的能力，并保持了结构的稳定性。本研究是一种简便的膜优化策略，深入分析PBI膜的结构–性能关系对指导膜的发展具有重要意义。 论文列表 [1]Y. Su, S. Liu, W. Zhu, K. Huang, D. Huang, P. Jiang,

南京大学金钟教授课题组   2024年液流电池重点研究成果总结 作者简介 金钟，南京大学化学化工学院教授、博士生导师，现担任南京大学绿色化学与工程研究院执行院长、南京大学天长新材料与能源技术研发中心主任。2003年和2008年先后获得获北京大学化学与分子工程学院材料化学学士和无机化学博士学位。2008-2014年先后在美国莱斯大学（Rice University）化学系及美国麻省理工学院（MIT）化工系进行博士后研究。2014年起任教于南京大学化学化工学院，先后入选了国家海外青年人才计划、国家自然科学基金优秀青年科学基金、国家级领军人才计划。 主要研究领域是能源材料化学及绿色化工技术，包括：清洁能源转换与存储材料的结构设计、绿色化工制备、物化机理研究和器件应用。已在Nature Chem.、Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Adv. Mater.、Matter、PNAS等学术期刊发表SCI论文>270篇，他引>22000次，H因子77，连续四年入选Clarivate全球高被引科学家及Elsevier中国高被引学者，出版《新材料》专著1部，授权及申请发明专利30余项。 荣获了2021年国家自然科学奖二等奖、2018年教育部自然科学奖一等奖、2024年中国化工学会科学技术奖二等奖、2024年中国商业联合会科学技术奖二等奖、2021年江苏省科学技术奖三等奖、2018年江苏省教育教学与研究成果奖二等奖、2017年江苏省首届创新争先奖、2019年科技部创新人才推进计划中青年科技创新领军人才、2017年江苏省双创人才计划（高校创新类）、2016年江苏省“六大人才高峰”高层次人才、2023年英国皇家化学会“地平线奖”、2023年华为公司“火花奖”、2016年入选中国科协“全国大众创业万众创新活动周”核心展区、2020年华为“紫金学者”人才基金、2021年科思奖教金、2018年南京市中青年拔尖人才、2015年南京市领军型科创人才、2024年南京大学育教融合奖、2021年南京大学魅力导师奖、2020年南京大学“励行杯”首届全球校友创新创业大赛总决赛一等奖、2019年南京大学本科优秀毕业论文特等奖指导教师、2017年南京大学首届“双创之星”荣誉称号等奖励和荣誉。 主持了国家高层次人才特殊支持计划科技创新领军人才项目、国家重点研发计划“纳米科技”重点专项项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金、国家自然科学基金国际（中德）合作与交流项目、装备预研教育部联合基金青年人才项目及一般项目、中央JW科技委XXX工程项目、中央JW科技委GF科技创新特区项目、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金、江苏省科技成果转化专项资金、江苏省杰出青年基金等科研项目。 目前担任农工党江苏省中青年工作委员会副主任、江苏省能源研究会常务理事、江苏省化学化工学会理事兼青年工作委员会主任、江苏省材料学会理事、江苏省汽车工程学会动力电池专委会委员、南京大学校友总会新材料行业校友会理事、学术期刊《Frontiers in Chemistry》副主编、《Nanomaterials》、《新能源科技》、《Nano Research》、《Journal of Electrochemistry》、《SmartMat》和《Electron》等多个期刊编委会成员等学术任职。 本文总结了金钟教授课题组2024年度在液流电池领域的相关文章。 文献总结 1、具有水溶性氨基酸侧链的仿生萘醌两性离子衍生物，用于高稳定性液流电池 （点击论文名称查看全文赏析）    水系有机氧化还原液流电池（AORFBs）作为过渡金属离子液流电池的替代品，近年来受到关注。提升有机物种的功能团和修饰位置对于调节氧化还原电位、溶解度和稳定性至关重要。本研究介绍了一种高性能的碱性AORFBs，使用3-(2-氯-1,4-萘醌-3-氨基)丙酸（3-AFNQ），这是一种仿生萘醌两性离子，其在3个位置具有水溶性氨基酸基团。与天然氨基酸类似，3-AFNQ是一种具有不对称电荷分布的两性离子。氨基酸基团与水分子之间的氢键增强了其水溶性。3-AFNQ的合理分子设计有效防止了烯醇–酮互变异构化，确保了作为负极电解液时的高可逆性、良好的氧化还原动力学和稳定性。基于3-AFNQ负极电解液的AORFBs在高浓度下表现出每日0.39%的容量衰减率。这些结果强调了合理分子设计在避免分子降解方面的重要性，并扩展了萘醌衍生物在AORFBs中的潜在应用。    2、通过可逆纳米粒子悬浮溶解策略实现能量密度提升的钒胶体液流电池    钒液流电池（VRFBs）在大规模能源储存中具有巨大潜力，但其性能仍需进一步提升。本研究提出了一种钒胶体液流电池（VCFBs）的设计，将多价钒基胶体悬浮液的氧化还原化学与分散导电剂结合到传统的钒电解液中。该氧化还原活性胶体结合了纳米颗粒悬浮液和溶解电解液的优点，表现出良好的分散性、流动性、导电性、氧化还原可逆性和电化学动力学。通过利用高浓度钒基胶体的可逆溶解/悬浮过程，VCFBs实现了48 Wh L-1的能量密度，几乎是传统VRFBs的两倍。该研究为同类活性材料胶体的合理设计提供了思路，从而提高了水系氧化还原液流电池的能量密度，推动了其在电网规模和可再生能源储存中的应用前景。    3、筛选具有不同水溶性链长的超稳定（吩嗪）二氧链烷酸，用于高容量液流电池 （点击论文名称查看全文赏析）    水系氧化还原液流电池（ARFBs）在大规模能源储存中具有巨大的潜力。近年来，水系液流电池的研究逐渐转向使用具有氧化还原能力的水溶性有机分子，以减少矿物资源的使用。有机化合物的化学和电化学稳定性受到其功能团和反应位点的强烈影响。在这项研究中，提出了一种低成本合成方法，合成了2,3-二羟基苯并噻嗪的O-烷基–羧酸酯功能化衍生物，即苯并噻嗪-(2,3-二烯基)二氧基丁二酸（DBEP）和苯并噻嗪-(2,3-二烯基)二氧基乙酸（DAEP），它们作为负极电解液展现了良好的可逆性和较高的氧化还原动力学。通过一系列综合表征，阐明了DAEP和DBEP的容量衰减机制。与功能化烷基链的蒽醌类似，乙酸修饰的DAEP的主要降解机制是由于侧链的丧失。较长的侧链更稳定，能够承受长期的电化学反应。用丁酸修饰的DBEP表现出优异的化学和电化学稳定性。研究结果表明，合理的分子设计和合适的膜材料，例如基于DBEP负极电解液、钾铁氰化物（K4Fe(CN)6）正极电解液和定制磺化聚醚醚酮（SPEEK）膜的碱性ARFBs，可以在50 mA cm-2的电流密度下，提供1.17 V的高开路电压，并且在超过1000个循环中，容量保持率达到99.997%。本研究强调了不仅要考虑分子修饰位置，还要关注不同侧链对氧化还原核心稳定性的影响，这对可持续的电网规模能源储存应用具有重要意义。  论文列表 [1]Liu, Y., Zhang, P., Wu, Z., Ding, G., Song, X., Ma, J., … &

华东理工大学徐至教授课题组 2024年液流电池重点研究成果总结 作者简介 徐至，博士、教授、博士生导师，现担任华东理工大学化工学院院长。2008年和2015年先后在南京工业大学和辛辛那提大学获得化学工程专业学士与博士学位。近年来主要从事规整孔结构质子传导膜、二维超薄膜、气体分离膜、制氢催化剂的设计与制备研究。以通讯作者身份在Nat. Sustain.、Nat. Catal.、Angew. Chem、AIChE J.、J. Membr. Sci.、Adv. Func. Mater.等期刊发表论文90余篇。2024年入选国家杰出青年科学基金项目，作为负责人主持国家重点研发计划课题、基金委青年基金和面上基金。担任Engineering和Advanced Membranes期刊青年编委、《化工进展》和《膜科学与技术》期刊编委、Frontiers in Membrane Science and Technology 期刊副主编。本文总结了徐至教授课题组2024年度在液流电池领域的相关文章。 文献总结 1、多孔陶瓷金属基液流电池复合膜 （点击论文名称查看全文赏析）    在金属基液流电池中，膜对能量转换效率和安全性有显著影响。但是由于金属枝晶的逐渐积累，膜会受到损害，导致短路和缩短循环寿命。在此，本研究开发了一种具有亚10nm厚度的聚电解质涂层的刚性分层多孔陶瓷液流电池复合膜，以实现高离子选择性和电导率，抑制枝晶，实现长循环寿命和高面容量。使用该膜制备的锌铁液流电池的能量效率达到80%，具有优异的长期稳定性（超过1000小时）和极高的面容量（260 mAh cm−2）。低场核磁共振（NMR）光谱、小角度x射线散射、原位红外光谱、固态核磁共振分析和纳米计算机断层扫描显示，薄膜中刚性的分层孔隙结构和众多的氢键网络有助于稳定运行和卓越的电池性能。该研究有助于开发用于能源和发电的下一代金属基液流电池膜。    2、钒液流电池用具有高效质子选择传输通道的聚苯并咪唑–共价有机骨架杂化膜 （点击论文名称查看全文赏析）    聚苯并咪唑（PBI）具有渗透率低和优异的化学稳定性，被认为是最有前途的质子交换膜材料之一。然而，PBI膜的低质子电导率限制了其在钒液流电池（VFB）中的商业化应用。本研究通过引入结晶共价有机框架（TpPa和TpPa- SO3h (STpPa)）制备了具有高质子导电性的PBI杂化膜。由于TpPa和STpPa内部具有高度有序的亚纳米级孔隙，在杂化膜中构建了更快的质子传输通道。同时，引入STpPa的磺酸基进一步提供了额外的质子转运位点和钒渗透屏障，从而实现了高离子选择性。结果表明，含3% STpPa的PBI杂化膜在40 ~ 240 mA cm−2的电压效率（95.22% ~ 74.84%）和能量效率（91.38% ~ 74.38%）优异，且在160 mA cm−2的电流密度下循环800次表现出优异的电化学稳定性。这项工作提供了一种简单有效的策略，通过结合功能多孔材料来构建高性能的PBI基PEMs，在VFB中具有广阔的应用前景。    3、一种为超长寿命锌基液流电池实现晶体面操纵的疏锌界面工程    锌基液流电池（ZFBs）因其高能量密度、高安全性和低成本而受到广泛关注。然而，众所周知的枝晶问题是限制ZFB商业应用的瓶颈。本研究提出了一种基于静电斥力的疏锌界面工程策略，以实现锌酸盐离子沿膜–电极界面的均匀分布，其中引入羧甲基纤维素（CMC）对膜表面电荷进行定制优化。通过分子尺度表征技术、原位动态观察和密度泛函理论研究证明，该界面工程成功实现了晶体面操纵，使优先晶体取向（（002）平面）的暴露增加了33.76%。此外，亲水性CMC的良好润湿性及其丰富的-OH官能团对载流子（OH−）输运动力学的积极影响协同作用使制备的膜具有高离子电导率。因此，采用制备膜的电池在80 mA cm−2下稳定运行超过3000次，平均能量效率为80%。本研究提供了一种新的解决金属枝晶问题的方法，从而促进了ZFB在长时储能方面的商业化。    4、用于碱性水系有机氧化还原液流电池的具有快速和选择性离子传输功能的Pd2+ 配位聚苯并咪唑膜 （点击论文名称查看全文赏析）    水系有机氧化还原流动电池（AORFBs）的发展受到高效、低阻抗和高选择性离子传导膜（ICMs）缺乏的限制。虽然聚苯并咪唑（PBI）是最具潜力的低成本非氟化离子传导膜之一，但如何设计既稳定又具备快速、选择性离子传输通道的PBI膜仍然是一项挑战。本文通过工程化调控PBI的化学结构，并优化离子传输通道，制备了一种高导电性、高选择性的Pd2+配位膜，该膜具有接枝和交联结构。在这一设计中，侧链上的季铵盐基团赋予了膜较高的OH–导电性，而季铵盐基团与去质子化咪唑基团之间的离子键形成了连续的交联网络，显著增强了膜的机械性能。此外，Pd2+与PBI的配位作用以及三氟乙酸根离子对PBI链的增塑效应，扩大了分子自由体积，同时诱导了局部收缩，从而在提升载流子传输速率的同时，有效抑制了活性物质的扩散。基于QPBI-xPBI-Pd膜组装的AORFBs在100 mA cm-2的电流密度下表现出极高的库伦效率（99.6%）和能量效率（77.67%），并在500次循环后仍保持优异的稳定性。本研究提出了一种创新策略，以优化PBI膜的性能，促进液流电池（RFBs）在大规模储能技术领域的可行性与发展。   

西安交通大学杨卫卫教授 2024年液流电池重点研究成果总结 （感谢杨卫卫教授课题组校稿） 作者简介 杨卫卫，教授/博导，热流科学与工程系常务副主任。主持国基重大项目子课题、双碳专项、面上等、国家重点研发计划课题/子课题、973项目子课题等，参与国基重点项目等。在CEJ, AE, JCP, ECM等国际期刊发表SCI论文123篇（H-index：38,  Citation~4200）；申请/授权发明专利8项；合作主编《可再生能源概论》，合撰电化学能源百科全书章节“ FUEL CELLS – DIRECT ALCOHOL FUEL CELLS | Modeling”。国家自然科学二等奖1项、国家科技进步创新团队奖1项，教育部新世纪优秀人才支持计划，陕西省青年科技新星。担任国际期刊Heat Transfer Research(SCI）副主编/编委；国际期刊Carbon Neutrality（Ei）青年编委等。本文总结了杨卫卫教授课题组2024年度在液流电池领域的相关文章。 文献总结 1、一种用于钒液流电池的高性能和超稳定的分级孔隙嵌套网络碳电极的开发方法 （点击论文名称查看全文赏析）    在全钒氧化还原液流电池（VRFB）中，商业碳毡电极由于其比表面积较低且活性官能团较缺乏，导致了液流电池在高功率运行条件下产生严重的电极极化现象，从而使得电池性能恶化。近日，西安交通大学杨卫卫教授团队提出了一种用于全钒氧化还原液流电池的高性能和超稳定的分级孔隙嵌套网络碳电极的开发方法，以最大限度地提高全钒液流电池的运行性能和长时稳定性。这种方法通过静态老化自生长的钴基ZIF，经过低温氧化退火处理，在碳毡电极纤维表面刻蚀出了大孔−中孔−微孔的分级孔隙嵌套网络（HNP）结构。由于其独特的协同促进结构，该改性电极展现出卓越的性能，在电流密度为200和400 mA cm−2时能量效率分别达到约83%和70%，并在经过电流密度为200 mA cm−2的1000次循环测试后表现出长期稳定性，能量效率稳定在80%左右。    2、氧化还原液流电池的运行参数监测/估计、电池管理与控制系统的综述 （点击论文名称查看全文赏析） 氧化还原液流电池的电池管理系统实时监测电解液的流速、电池温度等参数，并在工况变化时进行参数调整，保证电池安全、稳定、高效、经济地运行。然而目前，系统控制的研究工作相较于电池材料和数值模拟来说较为缺乏，虽然有一些学者对液流电池的控制系统进行了研究，但缺少针对单电池、电堆、电池组这种以由小到大、由简单到复杂的思路进行的系统性综述。因此，西安交通大学杨卫卫教授团队针对氧化还原液流电池的控制模型、参数监测与估计、电池管理和控制系统等方面，从单电池、电堆、电池系统三个不同的层次开展了综述与总结展望。在液流电池的大规模应用中，控制系统的存在不仅可以调节电池的输出功率，其中水管理和热管理系统还可以保证电池运行的可靠性和安全性。可以说，液流电池的控制系统是电池安全、稳定、高效运行的基本保证，是液流电池的大脑。此外，本文结尾结合三种层次的系统研究现状提出展望：在未来工业生产中，如何达到控制电池最佳运行零延迟和快速响应电力波动两个问题可能是液流电池系统控制未来研究工作中的重中之重。  3、验证考虑流场结构的3D多物理场等效阻力网络模型，用于VRFB电堆和电池放大分析   全钒液流电池（VRFB）是一种极具前景的大规模储能技术。然而，以往的研究工作主要集中在实验室规模VRFB，与大规模的商业化还存在着一定的距离。为了弥补实验室规模VRFB与大型商业化VRFB 之间的差距，开发考虑流场结构的精确电堆模型并研究放大过程中的指导规则至关重要。在这项工作中，首先建立了耦合质量传递、电解质流动、电荷转移和电化学反应的单电池3D多物理等效阻力网络模型。采用Hardy-Cross方法求解电池内部电解液流量分布。在建立的3D单电池网络模型基础上，利用网络连接歧管、分支管路和储液罐建立VRFB电堆网络模型。并针对所建立的模型进行了充放电电压、压降、电堆内流量偏差以及电极内部的多物理场分布多方面的验证。在研究方面，利用VRFB电堆网络模型，从最优系统效率、主效应、交互效应和主导因素等角度分析了单电池数量、面积放大因子、电极高度放大因子、和通道高度放大因子等结构因素对于VRFB放大过程中系统效率的影响。还综合分析了不同结构因素与各种能量损失之间的相关性，为实际VRFB放大过程中的结构设计提供了参考。    4、基于算法流场生成和自适应性网络模型的液流电池新型流场设计及实验验证   流场结构对于提高液流电池（RFB）功率密度起着至关重要的作用。传统的流场设计通常依赖于计算成本高昂的CFD模拟，以及基于设计者主观性的枚举法和试错法，这些方法的局限性已成为流场结构设计的主要瓶颈。本研究采用一种新的研究范式进行全钒液流电池（VRFB）流场设计，即建立自适应性的三维等效网络模型，并采用自主开发的流道生成算法，通过比较和筛选获得最佳流场。首先，利用自主研发的流道生成算法生成了由18135种流场组成的流道库。基于所建立的流道库，通过自适应性的等效网络模型计算了各种流场结构电池内部的电解质流动、物种传输和电荷传输，由于网络模型消除了网格划分的过程，大大节约了计算成本。最后，采用压降和电压效率来评估不同流场结构，以便通过比较和筛选获得高性能流场结构。并制造了所获得的包含高性能流场结构的石墨板，并通过全面的实验验证证实了该结构的高性能。在100 mA cm-2的条件下，高性能流场的能量效率比蛇形流场高出4%。该研究首次采用了自适应性的等效网络模型来生成和优化流场结构，为流道的选择和设计提供了参考。   5、VRFB电堆流动–传质–传热–电化学耦合模型及其在电堆温度控制策略中的应用   在本工作中，建立了全钒液流电池（VRFB）电堆的多物理场电化学耦合模型，同时考虑了电解质流动、物质传递、电化学反应、分路电流以及热量的产生和传递。与其它VRFB电堆模型相比，该模型在考虑多因素影响方面更加全面。基于该多物理场模型，研究了电解液在电池间的流量分布。分析了分路电流、单电池电流和电压的分布和变化规律并对温度分布和变化、产热和传热进行了研究。可以发现，在30℃的环境温度下，工作在60 A、100 mA cm – 2运行条件下，VRFB电堆温度会超过40℃，导致电解液离子沉淀，影响电池的性能和安全。为了将电堆温度控制在40℃以下，提出了一种新型储罐冷却控制策略，并确定了合适的起始冷却点和控制温度。与普通房间冷却策略相比，新型储液罐式冷却策略在20次充放电循环中降低了27.18%的能耗。 论文列表 1. J.C. Li, M.Y.

西安交通大学何刚教授 2024年液流电池重点研究成果总结 （感谢何刚教授课题组校稿） 作者简介 何刚，西安交通大学前沿科学技术研究院副院长，教授、前沿能源研究中心执行主任，西安市光电磁功能材料国际合作中心主任。西交大青年拔尖教授（A类）、国家级人才计划学者、仲英青年学者、小米学者，担任《中国化学快报》编委、中国化学会青年工作委员会委员、中国化学会光化学委员会委员、西安交通大学青年教师工作委员会主任等职务。何刚于2011年在陕西师范大学获得博士学位，师从房喻院士。2011至2015年在加拿大从事博士后研究。2015年加入西安交通大学，主要研究集中在含主族元素有机杂环芳烃及聚合物的设计、合成，特别是含主族元素紫罗精的合成以及该类材料在智能材料、能源及抗菌方面的应用。主持重点研发计划课题、国家自然科学基金等多项省部级项目。获得陕西青年科技奖、教育部技术发明奖、陕西省科学技术一等奖、中国专利优秀奖等。迄今在JACS、Angew. Chem.等知名学术期刊发表SCI论文100余篇，授权发明专利10余项，部分成果已经实现了产业化。本文总结了何刚教授课题组2024年度在液流电池领域的相关文章。 文献总结 1、锁定共轭平面含硫紫精，赋能水系有机液流电池 （点击论文名称查看全文赏析）  水系有机氧化还原液流电池（AORFBs）被认为有前景的大规模长时储能（LDES）技术。鉴于未修饰紫精共轭结构差和自由基不稳定的固有缺陷，严重限制了其在AORFB中的技术应用。本文通过间位改性策略，成功制备了一类新型含硫紫精[(NPr)2SV]Cl4，其水溶解度提升至2.39 M。其平面锁定构型（0.14°）有效调节了分子间的π-π相互作用，并抑制了氧活性。因此，所构建的水系有机氧化还原液流电池（AORFB）在超过2500次循环中的稳定性是对位取代[(NPr)2TV]Cl4的4.1倍。此外，0.5 M的电池在200次循环中展现出令人瞩目的99.83%容量保持率。  2、降本增效—高性能萘二酰亚胺新材料助推中性水系有机液流电池 （点击论文名称查看全文赏析）  中性水系有机氧化还原液流电池（AORFBs）可促进清洁能源从辅助能源向主导能源转变。然而，电池体系仍存在高浓度性能不足、制备成本高等问题。西安交通大学何刚教授团队通过结构改性策略，将带电官能团引入萘二酰亚胺的疏水萘核中，制备了一系列高性能萘二酰亚胺负极电解质材料。在π-π堆积和氢键网络的协同作用下，萘二酰亚胺表现出优异的结构稳定性和高度水溶性。采用水热合成技术，实现了萘二酰亚胺材料在实验级百克尺度规模制备，成本降至$0.16 g-1，这也是迄今为止报道的最低价格。构建的全电池实现了2.4 M的高电子浓度、54.4 Ah L-1的高容量和318 mW cm-2的功率密度，并且在长周期循环中没有观察到明显的容量衰减。这项研究为AORFB商业化进程提供了强有力的支撑，并为中性水系有机液流电池的技术奠定了坚实的基础。  3、通过区域电荷缓冲策略实现萘二酰亚胺的一步双电子转移及中性水系有机液流电池应用 萘二酰亚胺衍生物由于其高度共轭的分子结构和稳定的双电子存储能力，在中性水性有机氧化还原液流电池（AORFB）中显示出巨大的应用潜力。然而，萘二酰亚胺的双电子氧化还原过程通常通过两个单独的步骤发生，每一步转移一个电子（两步双电子转移过程），这导致不可避免的电压和能量损失。在此，作者报告了一种新颖的区域电荷缓冲策略，利用核心取代的给电子基团来调节萘二酰亚胺的氧化还原性质，通过一步氧化还原过程实现两个电子转移（“一步双电子转移）过程。NDI-DEtOH的对称电池测试显示出优异的内在稳定性，可持续11 天，每日衰减率仅为0.11%。同时，与基于NDI/FcNCl的AORFB 相比，具有NDI-DMe/FcNCl和NDI-DEtOH/FcNCl的AORFB在50% SOC下的峰值功率密度显著提高了40%。此外，电池能效提升24%，输出功率更加稳定，能效显著提升。这些结果对于AORFB的实际应用具有重要意义。 论文列表 1. Xu Liu, Chaoyu Bao, Zengrong Wang, Chenjing Liu, Xuri Zhang, Shuran Yang, Ya-Ke Li, Gao-Lei Hou, Ni Yan*, Gang He*. Meta-substituted thienoviologen with enhanced radical stability via π-π interaction

中国石油大学（北京）徐泉教授 2024年液流电池重点研究成果总结 （感谢徐泉教授课题组校稿） 作者简介 徐泉，国家级青年人才，教授，博士生导师，碳中和未来技术学院副院长，储能科学与工程学科带头人与系主任，石大学者。研究方向为新能源科学与工程，储能技术，材料化工，人工智能。中关村储能产业联盟液流电池储能技术专委会委员、能源行业液流电池标准化技术委员会委员，中国化学工程学会，中国化学会高级会员，《储能科学与技术》编委，Petroleum Science副主编，Frontier of Chemical Science and Engineering， Nano Research Energy青年编委。本文总结了徐泉教授课题组2024年度在液流电池领域的相关文章。 文献总结 1. 高电流密度、长循环寿命的铁铬氧化还原液流电池电解质    液流电池中的电解质是能量存储的载体，但对于铁–铬氧化还原液流电池（ICRFB）的电解质研究相对较少。ICRFB电解质利用率低及容量快速衰减一直是一个具有挑战性的问题。本文研究了在高电流密度下，Fe/Cr摩尔比和盐酸（HCl）浓度对ICRFB性能的影响。优化电解质（1.25 M FeCl2，1.50 M CrCl3，3.0 M HCl）的平均能量效率在前20个循环中提高了5.99%，首次循环的放电容量相比原商用电解质（1.0 M FeCl2，1.0 M CrCl3，3.0 M HCl）提高了15.72%。此外，该电解质表现出更长的循环寿命。通过COMSOL对ICRFB电解质浓度变化的模拟，进一步阐明了物理特性对电解质性能的影响。通过对这一复杂系统的模拟与分析，研究人员能够更好地理解液流电池系统的性能。这项研究有效降低了ICRFB的成本，并为其工程化应用提供了数据支持。    2. 铁铬液流电池高效电极的制备 （点击论文名称查看全文赏析）      铁–铬氧化还原液流电池（ICRFBs）因其安全性、环保性和可靠性，成为了有前景的能源存储设备。碳布（CC）作为ICRFBs中的电极材料，由于其高表面积和互联的多孔结构，提供了适合电化学反应的良好平台。然而，CC电极存在电子传输性能不足等问题，这限制了其在工业中的应用。为了解决这一问题，本研究采用了硅酸刻蚀技术，在CC电极表面雕刻出致密的纳米多孔结构，基于ICRFBs的合理设计以及电极极化损失的基本原理。通过这种方式，研究团队开发了一种多功能碳布电极，显著提升了电池的性能。所制备的电极展示了丰富的缺陷位点和优异的电子传输特性，为快速流动的电解液提供了广泛且高效的反应区域。在40%的电极压缩比和迄今为止ICRFBs中最高的电流密度（140 mA·cm-2)）下，电池实现了81.3%的平均能量效率，比之前的研究提高了11.24%。此外，在100个充放电循环中，平均能量效率的衰减几乎可以忽略不计（约0.04%），这使得该电极有潜力成为大规模、长时电化学储能应用中最有前景的候选材料。    3. 深入了解新型铟催化剂对千瓦级低成本、高循环稳定性的铁铬氧化还原液流电池的影响    铁–铬液流电池（ICRFBs）近年来因其广阔的应用前景，成为理想的大规模能量存储设备。提升Cr3+/Cr2+氧化还原反应活性以及抑制析氢副反应（HER）的发生是推动ICRFBs发展的关键，这需要创新的催化剂设计。然而，调控催化剂行为的潜在机制仍是未解的难题。本研究提出了一种新颖的热处理碳布电极的精确制备方法，均匀沉积低成本铟催化剂颗粒。密度泛函理论分析表明，铟催化剂对反应物具有显著的吸附作用，可提高Cr3+/Cr2+氧化还原反应的活性。此外，H+更容易吸附在催化剂表面，但其迁移能垒较高，从而有效抑制了HER的发生。组装的ICRFBs在140 mA/cm2电流密度下实现了83.91%的平均能量效率，此方法简化了电极沉积工艺，为工业化长周期运行要求扫清了最后障碍。ICRFBs表现出卓越的长期稳定性，在1000次循环中能量效率衰减率仅为每循环0.011%，为迄今报道的ICRFBs最低值。因此，本研究为开发低成本、长寿命的ICRFBs提供了一种具有前景的策略。    4. 基于机器学习的铁铬氧化还原液流电池性能预测和优化 （点击论文名称查看全文赏析）    铁–铬液流电池（ICRFBs）近年来被认为是最具前景的大规模能量存储设备之一，具有广阔的应用前景。然而，因为影响ICRFB电堆性能的因素复杂多样，由实验室开发向工业规模部署的转化过程往往耗时较长。为此，本研究提出了一种基于数据驱动的优化方法，利用主动学习技术，并结合广泛的文献调研中不同实验条件的数据，综合考虑运行条件和关键材料选择，精确预测ICRFB系统性能。具体而言，本研究通过多任务机器学习（ML）模型对实验数据进行训练，实现了高精度预测（R2 > 0.92），将ICRFB的特性与能量效率、电流效率以及容量之间建立联系。同时，利用Shapley加法解释法对模型进行解释，提取关键描述符的重要性。研究发现，运行条件（电流密度和循环次数）与电极类型是影响电压效率和库伦效率的最关键描述符，而电极尺寸对容量的影响最为显著。此外，通过主动学习探索了能量效率和容量最高的优化案例，并验证了机器学习预测与实验结果之间的一致性，能量效率误差在±0.15%，容量误差在±0.8%。本研究不仅为ICRFB的特性–性能关系提供了宝贵的数据驱动洞察，还揭示了关键特性对性能的影响机制，加速了下一代ICRFB的合理设计。    5. 机器学习辅助分析铁铬液流电池交错通道中的耦合流体动力学和电化学过程    本研究探讨了交指式流道间距对多孔电极中电解质分布和流速的影响，从而影响泵功耗和系统效率。利用三维电化学流动耦合模型，研究了在不同流道间距、特定流速和电流密度条件下的电化学性能和能量效率，并阐明了流道间距对电池性能的影响机制。通过受控的反复试验，确定了铁–铬氧化还原液流电池（ICRFBs）中流道的最佳间距为4 mm。在电流密度为140