May 2026

华南理工大学梁振兴教授 2024年液流电池重点研究成果总结 （感谢梁振兴教授团队校稿） 作者简介   梁振兴，华南理工大学化学与化工学院教授/副院长、国家杰出青年科学基金获得者、广东省燃料电池技术重点实验室/广东省电化学能源工程技术研究中心主任。研究领域包括:液流电池、燃料电池和锂/钠离子电池。课题组近年来围绕水系有机液流电池取得以下重要进展：开发了系列高性能的吡啶鎓盐与哌啶氮氧自由基储电分子体系，提升了电池的能量密度；发展了微纳尺度电化学方法，揭示了电解液中有机分子的聚集行为及结构动态演变机制，提升了电池稳定性；提出了梯度孔隙电极设计理念，提升了变物性水系有机液流电池的能量效率。近5年，以通讯（含共同通讯）作者在Angew、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.等期刊上发表论文70余篇。担任Chinese Journal of Catalysis副主编，中国化工学会储能工程专业委员会副主任委员，中关村储能产业技术联盟液流电池储能技术专业委员会副主任委员等。本文总结了梁振兴教授2024年度在液流电池领域的相关文章。   文献总结 1. TEMPO-紫精双极性有机分子构筑高稳定水系有机氧化还原液流电池   双极氧化还原活性有机分子（BROM）是解决电解质交叉污染的有效策略，可提高液流电池的稳定性。本文将2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧（TEMPO）单元和紫精单元进行共价桥联，开发了一种高水溶性双极性有机分子：1-(1-oxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-4-yl)-1′-(3-(trimethylammonio)propyl)-4,4′-bipyridinium trichloride ((TPABPy)Cl3)。该化合物水中溶解度可达1.76 M。电化学结果显示，(TPABPy)Cl3 在-0.56 V和0.76 V处显示出两对高度可逆的氧化还原峰，分别对应于紫精和TEMPO单元的一电子转移过程。密度泛函理论计算和电子顺磁共振波谱测试确定了氧化还原反应过程中(TPABPy)Cl3的分子/电子结构，发现两步电化学过程均涉及自由基反应。利用 1.0 M (TPABPy)Cl3电解液构筑的液流电池可提供 25 Ah L-1 的操作容量，且电池稳定性优于非双极性分子组装的电池。更重要的是，双极性分子的设计策略可通过电解液极性反转再平衡策略，有效实现容量的恢复。总之，本研究工作提供了一种双极性分子工程策略，从而提高水系有机液流电池的容量和稳定性。   2. 位阻效应构筑耐碱性紫精负极实现超稳定水系有机氧化还原液流电池（点击论文名称查看全文赏析）   紫精是一类很有前景的水系有机液流电池负极材料，但由于其在电池循环过程中会受到氢氧根离子（OH–）的SN2亲核攻击，分子稳定性面临着严峻的挑战。本研究工作发展了一种新型N-环季铵接枝的紫精分子，即：1,1′-bis(4,4′-dimethylpiperidiniumyl)-4,4′-bipyridinium tetrachloride ((DBPPy)Cl4)。所制备的(DBPPy)Cl4在水中具有1.84 M的溶解度和-0.52 V的热力学电位。实验和理论计算表明，接枝的N环季铵基团的位阻效应有效阻碍了分子遭受OH–的亲核攻击，从而提高了电活性分子在碱性环境下的稳定性。采用0.50 M (DBPPy)Cl4 电解液组装的对称电池在13天的循环测试中容量衰减可以忽略不计。以1.0 M (DBPPy)Cl4为负极，(TPABPy)Cl3为正极组装的液流电池具有22.43 Ah L−1的可逆容量，在60 mA cm-2电密200圈循环中显示出99.99%/圈的超高容量保持率。   3. 电解液热力学调控实现空气稳定紫精基水系有机氧化还原液流电池   水系有机氧化还原液流电池是一种前景广阔的电网储能技术。然而，由于无法在空气中稳定运行，其进一步应用面临严重挑战，根本原因在于有机电活性分子的空气耐受性差。本工作通过主客体超分子化学组装开发了一种电解液热力学调控策略，以提高紫精基液流电池的空气稳定性。研究发现，还原态紫精通过疏水作用可与羟乙基β环糊精（HE-β-CD）分子形成计量比1：2的主客体复合物，HE-β-CD的空间保护作用可在动力学上缓解还原态紫精分子遭受氧气的进攻。测试结果表明，以紫精/HE-β-CD为电解液组装的电池在空气条件下，可以实现高达99.9%的库仑效率和优越的循环能力（300次循环后容量保持率为97.73%）。本项研究工作为解决水系有机液流电池空气稳定性这一紧迫问题提供了简易的电解液调控策略。  

通讯及一作作者：吕国志&王婧 通讯单位：东北大学 DOI：10.1016/j.jece.2026.123154 工作简介   本研究开发了一种短流程工艺，通过还原预处理、溶剂萃取、洗涤和萃取分离等步骤，直接从煅烧钒渣的硫酸浸出液中制备高纯度VOSO₄电解液。采用二(2-乙基己基)磷酸（P₂O₄）作为萃取剂，并优化了关键参数。最佳萃取条件为初始pH=1.6、P₂O₄体积分数25%、O/A比2:1、萃取时间5分钟。在此条件下，实验室规模的多级逆流操作实现了高效的钒回收率及对杂质共萃取的有效抑制。最终电解液钒含量达108.42g/L，镁和锰含量未检出，铁和铝含量分别降至6.4mg/L和12.3mg/L。采用十六级混合沉降系统的48小时中试连续测试显示，钒回收率达93.74%，杂质去除率超过94%。此外，视觉MINTEQ和FTIR分析表明钒主要通过阳离子交换和配位机制被P₂O₄以VO2+的形式萃取。   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   研究背景   作为一种先进的钒提取技术，煅烧酸浸法能有效减少碱性废水的排放，因此在日益严格的环境法规背景下成为一种颇具前景的替代方案。然而，酸浸处理会导致浸出液中杂质成分更为复杂，对后续生产高纯度VOSO₄电解液的纯化过程构成了重大挑战。为解决这一问题，Li等人提出了一种采用煅烧酸浸出液作为原料直接制备VOSO₄电解液的简短工艺：通过三阶段逆流萃取回收钒，再经汽提去除杂质离子，成功将97.47%的钒转化为VOSO₄电解液。实验室规模的研究已证实直接从煅烧酸浸出液原位制备VOSO₄电解液的可行性。不过，该技术的可靠性和可扩展性仍需通过中试规模试验进一步验证。此外，杂质离子对VOSO₄电解液的电化学性能具有显著影响，而杂质组分在萃取过程中的迁移行为仍有待明确阐明。 核心内容 1.提取条件的优化 图1.提取参数对钒及主要杂质元素提取效率的影响   钒的提取效率随pH值升高而增加，在初始pH值超过2时达到80%以上的平台期。与此同时，萃余液浓度从7.93g/L降至5.97g/L。然而，杂质表现出不同的行为：镁的提取可忽略不计；锰的提取量随pH升高而增加；铁的提取量随pH上升而下降；铝的提取量则在pH高于1.2时略有下降后趋于稳定。因此，选择pH=1.6作为最佳条件以限制杂质的共提取。此外，高浓度P204导致的有机相粘度升高是限制传质效率的关键因素：粘度增加会降低界面湍流强度和接触面积，从而同时制约钒的萃取动力学和杂质去除效率。因此，确定25%的P204浓度为实现钒与杂质高效分离的最佳浓度。   同时，将O/A比从1:1提高至2:1后，钒提取效率显著提升，从60.77%上升至79.08%，而萃余液中的残留钒浓度则从9.98g/L降至5.32g/，归因于有机相中P204浓度的增加，从而增强了钒络合反应的热力学驱动力。然而，当O/A比进一步从2:1增至3:1时，钒提取效率趋于平台期，在O/A比为3:1时仅达到80.02%。相比之下，铁、锰和铝等杂质的共提取效率则呈现逐步上升趋势，表明萃取剂容量未得到最优利用。P204分子上多余的不饱和结合位点被用于与对萃取剂亲和力较弱的杂质离子发生竞争性配位。杂质离子很可能通过氧桥或羧基介导的相互作用占据了多余的结合位点。因此，O/A比为2:1被确定为钒提取的最佳条件。   最后，随着提取时间从1分钟增加到5分钟，钒提取效率从54.73%提高到79.08%。超过5分钟后，钒的提取效率未见显著提升。相比之下，锰（Mn）、铁（Fe）和铝（Al）等杂质的提取量在初期有所下降，随后再次上升，并于15分钟后趋于稳定。结果表明钒的提取过程在5分钟内即可达到平衡状态，而杂质则需要更长时间才能稳定。因此，5分钟被认为是该工艺的最佳提取时间。 图2.提取参数对钒与主要杂质元素分离系数的影响   不同初始pH值、萃取剂体积浓度、O/A比及萃取时间条件下的分离系数（β）结果表明在初始pH值为0.8至2.4、萃取剂体积浓度为5%至30%、O/A比为1:1至3:1、萃取时间为3至30分钟的范围内，钒(V)与杂质金属离子的分离系数呈现显著波动。通过优化实验参数，可获得钒与镁（Mg）和锰（Mn）之间相对理想的分离系数；然而，钒与铁（Fe）及铝（Al）的严重共萃取现象给其分离带来了重大挑战。   2.提取阶段的确定 图3.实验室规模逆流萃取及平衡分析   不同O/A比下的萃取等温线显示当O/A比为2:1时，理论等温线预测四个萃取级可实现超过99%的钒萃取效率，残余洗脱液中钒含量为0.2419g/L。考虑到工业实践通常需比理论值多增加一至两个级，实验室模拟了五级逆流萃取过程。最终萃取性能为：洗脱液中钒含量为0.24g/L，对应钒萃取效率达99.07%。负载有机相中镁、锰、铁和铝的浓度分别为11.01、11.83、2.60和1.46mg L⁻¹，证实多级逆流萃取能有效抑制杂质共萃取。   3.洗脱与萃取条件的优化 图4.洗涤条件对杂质去除率及残留浓度的影响   单因素研究结果显示最佳条件为H2SO4浓度为0.2mol L–1，O/A为2:1。最佳参数确定为H₂SO₄浓度0.2mol L⁻¹、O/A比值为2:1。由于单级洗涤无法完全去除杂质，因此采用了三级逆流洗涤工艺。镁、锰、铁和铝的去除率分别为24.83%、98.54%、0%和12.29%。洗涤后有机相中钒浓度为10.73g L⁻¹，锰含量显著降低，镁和铝含量略有下降，而铁含量未见明显变化。结果表明该洗涤工艺对锰的去除效果显著，但对铁的去除效果有限。 图5.脱除条件对脱除效率的影响   剥离剂浓度与O/A是决定剥离性能和最终电解质质量的关键参数。将硫酸浓度从2mol/L提高至4mol/L后，钒的剥离效率从51.45%显著提升至91.71%，此后在浓度达到6mol/L时保持稳定；然而，铝的剥离率在6mol/L时急剧上升至82.57%，因此选择4mol/L作为最佳酸浓度。O/A对剥离溶液中的钒浓度影响显著：当O/A比值从7:1增至11:1时，钒浓度从58.61g/L升至103.80g/L，并在O/A比值为10:1时稳定在约98.4g/L。在此条件下，镁和锰无法检测到，而铁和铝的浓度分别仅为2.31mg/L和13.13mg/L。因此，五级逆流萃取工艺所得VOSO₄电解液杂质含量极低：镁和锰未检出，铁和铝进一步降至3.41mg/L和21.33mg/L。   4.连续逆流萃取及放大评估 图6.放大评估结果   中试规模试验系统采用了一套十六级混合沉降装置（每级容量为6升），根据实验室测试结果及现场运行需求，将其配置为六个萃取级、四个洗涤级和六个汽提级。随着进料中钒浓度的逐渐降低，萃取、洗涤和汽提的O/A分别设定为1、4和7，其余操作条件均与实验室规模的参数保持一致。结果显示电解液中钒含量为108.42gL⁻¹，而镁、锰、铁和铝的杂质浓度分别为0.67、0.33、18.91和10.33mg L⁻¹。稳态条件下不同区域水相与有机相的视觉对比显示萃余液呈无色，载液有机相呈现深色，洗涤液显浅色，经洗涤的有机相颜色进一步变浅，最终VOSO₄电解液则呈现出特征性的深蓝色。   5.P204的提取机制 图7.P204萃取机制   综合实验结果可知，VO2+通过阳离子交换（涉及P–O–H键）及与P=O基团的配位作用，与P204形成提取复合物。鉴于P204以二聚体形式存在，提取与剥离反应遵循式以下过程： VO2++2(HR2PO4)2=VO(R2PO4)22HR2PO4+2H+ VO(R2PO4)22HR2PO4+2H+=VO2++2(HR2PO4)2   核心结论  

通讯作者：荆延 通讯单位：新加坡国立大学 工作简介   水性有机液流电池在储存间歇性可再生能源产生的电能方面具有巨大潜力。本研究通过融合醌–吡嗪氧化还原基团构建独特的四电子氧化还原核心，随后用增溶基团进行改性制得DCNQBP，实现了121Ah L−1的创纪录体积容量，且时间衰减率低至0.018%/日。通过原位pH监测、红外光谱分析、循环伏安法、核磁共振及密度泛函理论计算，作者团队发现DCNQBP遵循四电子转移机制：吡嗪环的C=N基团与醌环的C=O基团交替接受电子，与母体醌及吡嗪衍生物存在差异。详细实验与理论分析表明微量分解源于水解诱导的链断裂。此外，避免深度放电可有效延缓分解过程并延长使用寿命。   相关成果以“A Fused Quinone−Pyrazine-Based Aqueous Flow Battery Negolyte with Record Volumetric Capacity and Long Lifetime”为题发表在Journal of the American Chemical Society期刊上。   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   研究背景   为提升液流电池性能，研究工作已在电解质和分子层面展开。例如，醌衍生物混合是一种有效的电解质工程策略，可增强氧化还原活性溶解度和循环稳定性；双极分子能在不同氧化还原电位下实现多电子转移，从而同时作为负极电解质和正极电解质发挥作用。 图1.(a)既往研究策略：通过引入惰性苯基扩展氧化还原共轭结构，通过优化现有氧化还原核心结构来提升体系稳定性；(b)本研究创新策略：将稳定性较差的萘醌与苯并吡嗪两种氧化还原基团融合构建新型氧化还原平台，实现体系稳定性增强及电子存储容量翻倍   本研究将两种稳定性较差的萘醌与苯并吡嗪稠合，形成新型氧化还原核心苯并[b]吩嗪-6,11-二酮（NQBP），随后通过水溶性基团功能化，得到2,2′-((6,11-二氧代-6,11-二氢苯并[b]吩嗪-2,3-二基)双（氧基）二丙酸（DCNQBP）（图1），在1M KOH中的水溶度为1.13M。理论和实验研究表明DCNQBP中的C=N和C=O氧化还原位点在四电子转移过程中经历交替的电子吸收，与典型的醌或吡嗪衍生物有着根本的不同。当与pH=14下的亚铁氰化物正极电解质配对时，DCNQBP表现出高达3.2M的电子浓度，对应的体积容量为85.8Ah L−1，是水性有机液流电池负极电解液中报道的最高值之一。此外，DCNQBP展现出优异的循环稳定性，时间容量衰减率范围为0.018%至0.034%/日。研究内容表述   DCNQBP的合成路线及结构表征如图2所示。如图2a所示，DCNQBP通过两步法合成：2,3-二氨基萘-1,4-二酮与2,5-二羟基苯醌缩合生成中间体DHNQBP，随后中间体经历亲核取代反应和水解反应，最终得到水溶性产物DCNQBP。DCNQBP的1H核磁共振谱（图2b）显示5.0−5.6 ppm处存在两组四重峰，积分比为1:1，表明非对映异构体比例为1:1.27。13C核磁共振谱（图2c）中同样观察到两组碳信号，进一步证实了非对映异构体的共存现象。DCNQBP的化学结构通过高分辨质谱分析和衰减全反射FTIR结果（图2d）得到进一步验证。   为探究DCNQBP中羧酸基团的解离行为，作者团队在一系列pH范围内测量了UV−Vis吸收光谱（图2e）。在pH=0.08时，DCNQBP水溶液在320nm和384nm处显示出两个吸收带。吸收带在pH≤6保持不变，此时两者分别发生明显的红移至334nm和470nm，对应羧酸基团的去质子化过程。对470nm处吸光度变化的进一步分析显示DCNQBP的pKa为5.5，表明两个羧酸基团同时解离（图2e）。紫外-可见光谱法进一步用于测定水溶性（图2f）。在pH=7时，DHNQBP和DCNQBP的溶解度分别为0.07M和0.25M；当pH=14时，两者的溶解度分别增至0.35M和1.13M。DCNQBP水溶性的增强归因于三级碳连接羧酸链的引入。去质子化的羧酸根基团提高了DCNQBP的水溶性。同时，DCNQBP中立体异构体的共存可有效抑制分子间π-π堆积作用，从而进一步提升水溶性。 图2.(a)DCNQBP的合成路线；(b)DCNQBP在DMSO-d6中的1H NMR谱图；(c)DCNQBP在DMSO-d6中的13C NMR谱图；(d)DCNQBP的ATR−FTIR谱图；(e)不同pH值下10μM DCNQBP溶液的UV−Vis吸收光谱；(f)DHNQBP和DCNQBP在pH=7和14（1M KOH）条件下的溶解度   为探究DCNQBP是否发生质子耦合电子转移（PCET），作者团队测量了DCNQBP在不同pH值下的循环伏安图，并构建了相应的Pourbaix图（图3a、3b）。结果表明当pH低于13时，DCNQBP呈现一对氧化还原峰，其电位随pH呈线性下降（-60mV pH⁻¹），与1:1质子-电子转移过程一致。相比之下，在pH=13.23以上，伏安响应明显分为两组氧化还原峰：高电位氧化还原峰基本上与pH无关，而低电位氧化还原峰值保持-56mV pH-1的线性pH依赖性，标志着在强碱性条件下发生了机制性转变，整体电子-质子转移比例变为2:1。在整个pH范围内表现出的PCET行为融合了吩嗪衍生物和典型醌衍生物的特性。吩嗪衍生物通常表现出质子耦合电子转移，并具有明显的pH依赖性，而典型醌衍生物由于氢醌的相对较低pKa值，在强碱性条件（pH>12）下往往呈现pH非依赖性。因此，DCNQBP中的醌-吡嗪融合不仅实现了分子层面的结构整合，还保留了每个核心基元的固有电化学特性。   为进一步验证DCNQBP的PCET行为，将二氧化碳引入电化学还原分子中，并采用13C核磁共振波谱法检测无机碳酸盐的形成。在缺乏PCET的情况下，还原形式会直接与二氧化碳反应生成有机碳酸盐，从而产生特征性的13C核磁共振峰。如图3e所示，二氧化碳吸收后还原DCNQBP的13C核磁共振谱除在163ppm处出现新峰外保持不变。结果表明DCNQBP在电化学还原过程中会发生PCET过程，生成溶液中的OH–，随后与二氧化碳反应形成无机碳酸盐。   醌与吡嗪的融合形成了四个氧化还原位点，实现了四电子转移。采用三电极体系测定了50mM DCNQBP的氧化还原电位和容量。图3c显示在-0.5V vs SHE条件下可逆充放电过程，四电子转移过程的理论容量达到95.0%。随后使用pH计监测电化学充放电过程中的电解液pH（图3d）。还原过程中pH从8.6升至13.1，氧化后恢复至8.8，证实了可逆的四电子-四质子转移过程。   由于四电子转移作用及1.13M水溶液溶解度，DCNQBP可提供4.52M的等效电子浓度，对应体积容量为121Ah/L，为迄今报道的最高值之一。与大多数醌和吡嗪衍生物相比，DCNQBP表现出更高的比容量和改进的等效电子浓度（图3f），使NQBP成为高容量水性液流电池电解质最有前景的氧化还原分子之一。

第一作者：王海洋 通讯作者：秦野 通讯单位：沈阳化工大学 DOI：10.1016/j.jpowsour.2026.240372 感谢沈阳化工大学秦野团队（第一作者：王海洋）校稿！ 成果简介   本研究采用溶剂热法合成了Bi2O3纳米颗粒，随后将其固定在介孔碳（MC）上形成Bi2O3@MC催化剂颗粒，并进一步锚定于碳毡（CF）上制得Bi2O3@MC/CF复合电极。实验结果表明Bi2O3@MC/CF电极具有优异的润湿性，接触角达92.8°，比原始CF低37.6°。在电流密度为200mA cm-2时，以Bi2O3@MC/CF作为负极的钒氧化还原液流电池（VRFBs）可实现85.0%的EE和67.4%的电解液利用率，较原始CF分别提升12.7%和18.7%。当电流密度增至500mA cm-2时，原始CF电池因严重极化而无法充放电；相比之下，Bi2O3@MC/CF的VRFBs仍保持69.4%的EE。此外，在400次充放电循环中EE衰减缓慢，展现出优异的循环稳定性。   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析   碳毡（CF）因成本低廉、导电性优异且化学稳定性良好，被广泛用作VRFB的电极材料。然而，当作为负极使用时，CF表现出缓慢的V3+/V2+氧化还原反应动力学，并易发生析氢副反应，阻碍了VRFB性能的进一步提升。因此，亟需开发具有高催化活性的负极材料，以提高VRFB的负极反应速率和EE。   图文解析 1.SEM和亲水性 图1.不同电极的SEM和接触角   原始MC呈现不规则的微米级片状结构，表面光滑且具有规则的多孔特征。改性后，Bi2O3纳米颗粒均匀负载于MC表面及孔隙内部，同时原始介孔结构得到良好保留，证实了通过溶剂热法成功合成了Bi2O3与MC复合材料。EDS元素分布图表明铋元素均匀分布于CF表面，进一步验证了Bi2O3@MC对CF的成功修饰，证明Bi2O3@MC/CF复合材料兼具MC的高比表面积与Bi2O3的高催化活性。   接触角结果显示原始CF表现出高度疏水性，接触角为130.4◦。引入MC后，MC/CF电极的接触角显著降低至102◦（降低了28.4◦），表明MC显著改善了电极的润湿性。对于Bi2O3@MC/CF电极，接触角进一步降至92.8◦，分别比原始CF和MC/CF低37.6◦和9.2◦，证明Bi2O3改性在增强润湿性方面具有显著的协同效应。结果表明MC的引入不仅通过其介孔结构提供了更大的比表面积，还降低了表面疏水性，从而促进了电解液的渗透。   2.结构分析 图2.不同电极的XRD和XPS谱图   XRD谱图显示MC在29◦和43◦处显示出宽泛的衍射特征。对于Bi2O3@MC，30◦、45◦和52◦处出现了额外的明显峰，表明Bi2O3已成功负载到MC基体上。此外，复合材料中MC在43◦处的特征峰依然清晰可见，表明负载Bi2O3后碳骨架基本保持完整。   XPS谱图显示了Bi、C和O信号，证实了这些元素的成功整合。在高分辨率C1s谱图中，碳物种可分解为四个明显的峰，分别位于284.80eV、286.40eV、288.98eV和291.88eV，对应C-C键、C-O键、C=O键及π−π共轭键。π−π峰的保留表明MC的碳骨架结构保持完整。此外，高分辨率的O1s和Bi4f光谱揭示了Bi2O3与MC基质之间存在强烈的界面化学相互作用。O1s光谱可拟合出四个峰，分别位于530.68eV、532.08eV、533.38eV和535.28eV，对应Bi-O键、C=O键、羧基和O-H键。在Bi 4f光谱中，两个主峰位于165.08eV和159.78eV，分别对应Bi3+的Bi 4f5/2和Bi 4f7/2能级。   此外，复合材料的结合能表现出显著偏移。具体而言，Bi2O3@MC复合材料中的Bi 4f峰结合能分别降低了约0.92eV和1.72eV；相反，O1s谱中的Bi-O峰结合能则升高（从529.7eV升至530.68eV）。显著的结合能偏移直接证明了强烈的化学耦合作用，可能是通过Bi-O-C界面连接形成的，不仅紧密地锚定了Bi2O3纳米粒子以防止电解液冲洗过程中的分离，而且构建了高效的电子传输途径，从而协同加速了钒离子的氧化还原动力学。   3.电化学表征 图3.所制备电极的电化学动力学及界面特性   在10mV s-1的扫描速率下，Bi2O3@MC/CF电极表现出最高的阳极和阴极峰电流密度（Ipa和Ipc）。同时，其峰值电位差（ΔEp）显著降低至0.28V，而原始CF电极为0.54V。不同扫描速率（2-20 mV s-1）下记录的循环伏安曲线显示随着扫描速率的增加，阳极和阴极的峰值电流都增加，峰值电位系统地移动。与原始CF和MC/CF相比，Bi2O3@MC/CF在整个扫描速率范围内表现出接近1的-Ipa/Ipc比值，且对扫描速率的依赖性较弱，表明其电化学可逆性得到改善。   电化学阻抗谱显示Bi2O3@MC/CF电极的电荷转移电阻（Rct=15.3Ω）远低于MC/CF电极（39.6Ω）和原始CF电极（345.4Ω），表明界面电荷转移动力学显著加快。此外，该复合电极的电阻Rs仍保持在极低水平，证实MC基质的引入有效维持了框架优异的电导率。   4.电池性能 图4.组装后的电池性能   与C-C和MC-C电池相比，BMC-C电池表现出更低的充电平台电压和更高的放电平台电压。例如，在200mA cm−2下，充电平台电压从1.64V（C-C）降至1.50V，而放电平台电压则从1.01V升至1.30V。相应地，BMC-C的充放电电压差（ΔV）降至0.20V，而C-C为0.63V、MC-C为0.34V，结果表明Bi2O3@MC改性有效缓解了电极极化现象。   电池的倍率性能及相应的电解液利用率结果表明BMC-C电池具有优异的高倍率性能。在低电流密度区域（50-75mA cm-2）内，BMC-C电池的放电容量略低于C-C和MC-C参比电池。然而，当电流密度超过100mA cm-2时，动力学限制成为主导因素，BMC-C电池的优势变得极为显著。当电流密度增至200和300mA cm-2时，C-C和MC-C电池的容量因严重的浓差极化和欧姆极化而急剧下降（C-C电池在300mA cm-2下无法稳定工作）。相比之下，BMC-C电池保持了较高的容量保留率。具体而言，在200mA cm-2时，放电容量较MC-C和C-C电池分别提升36.6mAh和117.8mAh，体积能量密度分别增加3.32Wh

第一作者：姚辉祥 通讯作者：贺高红&吴雪梅&逄博 通讯单位：大连理工大学 DOI：10.1016/j.ensm.2026.105212 感谢大连理工大学贺高红团队（第一作者：姚辉祥）校稿！ 成果简介   本文提出了电子吸引侧链保护工程策略：得益于侧链中三氟甲基和羧酸基团的电子吸引效应，-SO₃H位于主链苯环上，增强了质子解离能力；苯环氢原子的静电势升高从而排斥钒离子；同时HOMO-LUMO能隙扩大，形成了优异的氧化能垒，进而提升了磺化聚芳基膜（SPTPC）的H⁺/Vn⁺选择性和化学稳定性。SPTPC膜兼具低面电阻（0.2 Ω cm²）和低钒渗透率（1.1×10⁻⁹ cm² s⁻¹），实现了卓越的H⁺/Vn⁺选择性（5.54×10¹⁰ mS s cm⁻³）。基于此，VRFB在280 mA cm⁻²下的能量效率达到80%，并在200 mA cm⁻²下经受7000次充放电循环，表现极低的放电容量衰减速率（0.027%），证明SPTPC膜优异的循环稳定性。   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析   质子传导膜的化学结构设计是调控离子选择性传导通道形态及膜化学稳定性的关键。商业化Nafion膜凭借聚合物主链中的C-F键具有极高的化学稳定性，而灵活的脂肪族磺酸化侧链有效提升了微相分离性能；然而，相对较大的离子簇状的质子导电通道导致H⁺/Vn⁺选择性较差。非氟化质子传导膜，如磺化聚醚醚酮（SPEEK）、磺化聚砜（SPSF）、磺化聚酰亚胺（SPI）等，含有芳香族主链，具有空间阻隔性，可有效阻止钒离子的渗透，但杂原子（磺酰基（O=S=O）、醚键（-O-）、酰亚胺（O=C-N-C=O）等）的键能相对较低，导致膜降解快、电池容量衰减快、循环性能差。此外，与质子导电通道的H+Vn+选择性高度相关的能量效率，尤其在高电流密度条件下的能量效率仍需进一步提升。   图文解析 1.SPTPC膜的结构及形貌特征 图1SPTPC膜的化学结构表征   在PTPC的¹H NMR谱图中，7.1ppm（H₄）和7.8ppm（H₅）处的特征峰归属于侧链苯环质子，其余峰信号（H₁，₂，₃）则对应主链苯环质子H₁、H₂、H₃、H₄和H₅的积分峰面积比为2:2:2:1:1，证实了PTPC的成功合成。磺化反应后，由于-SO₃H基团的吸电子效应，特征峰分别移至8.3ppm（H₁‘）、8.0ppm（H₅’）和7.7ppm（H₂，₆，₇′）；H₅‘与H₄’的峰面积比为1:1，证明-SO₃H位于SPTPC-1.38的主链上。随着磺化度增加，SPTPC-2.59谱图中出现新的特征峰H₁“（8.4ppm）和H₈”（8.45ppm），表明第二个-SO₃H基团已接枝至PTPC主链。因此，吸电子侧链促使磺酸基团优先定位于主链苯环上。在FTIR谱图中，1700cm⁻¹和1147cm⁻¹处的吸收峰分别代表PTPC膜中-C=O和-C-F化学键。磺化处理后，SPTPC膜中出现了-SO₃H基团的特征峰S-O（1092cm⁻¹和1054cm⁻¹）及C-S（609cm⁻¹）。在XPS表征谱图中，SPTPC-2.59膜在169eV附近出现了新的S2p特征峰，不同的S2p 3/2和S2p 1/2峰分别出现在168.8eV、169.3eV、169.9eV和170.5eV，表明PTPC主链上接枝了两个-SO₃H基团。 图2膜形态特征分析   SEM和EDX图像进一步证实SPTPC膜具有无缺陷的形貌结构，且碳(C)、氧(O)和硫(S)元素分布均匀。AFM图像中的显著高度变化表明SPTPC膜中二维和三维形成了良好的微相分离结构。通过高度变化检测到的离子簇尺寸在SPTPC-1.38膜中为5–8nm，在SPTPC-2.59膜中为6–9nm。除8.97nm的离子峰外，SPTPC-2.59膜中还检测到另一个6.4nm的离子峰，表明存在由不同官能团构成的层级化离子簇。染色后的质子导电膜的TEM图像也显示出相似的尺寸特征，尤其是明显的分级离子簇形态。亲水基团（-SO₃H和-COOH）不同的解离能力导致了分级离子簇的形成，从而有效平衡了膜的质子传导性能与溶胀特性。   2.SPTPC膜的物理化学性质 图3.SPTPC膜的特性   随着SPTPC膜的IEC从1.38mmol g⁻¹增至3.34mmol g⁻¹，吸水率从6.5%上升至53.2%，而溶胀率始终控制在18.0%以下。此外，SPTPC膜的拉伸强度（TS）为25.6–32.1MPa，断裂伸长率为5–10.1%。随着吸水率增加，室温下的质子电导率从3.25mS cm⁻¹升至78.1mS cm⁻¹。因此，SPTPC系列膜可实现较低的面电阻。尽管钒渗透率从0.21×10⁻⁹cm s⁻¹增至2.7×10⁻⁹ cm s⁻¹，但仍比Nafion 212膜低两个数量级。相应地，SPTPC-2.59膜实现了高达5.54×10¹⁰ mS s cm⁻³的H⁺/Vn⁺选择性，比Nafion 212膜高出两个数量级。  

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