June 12, 2026

第一作者：杜红艳 通讯作者：宋芃，安全福 通讯单位：北京工业大学 工作简介 磺化聚苯并咪唑（SPBI）膜因其优异的化学稳定性，以及对多种氧化还原液流电池（RFB）体系的良好适配性，已被广泛应用于氧化还原液流电池领域。然而，很少有研究通过系统调控共聚物的单体比例来优化离子传输，从而提升膜的性能。北京工业大学安全福团队制备了一系列具有不同单体比例的磺化聚苯并咪唑共聚物（SpNPBI-x）膜，并将其应用于铁铬氧化还原液流电池（ICRFB）。研究发现引入一定量的低空间位阻单体（对苯二甲酸）可减小SpNPBI-x膜的离子传输通道尺寸，而进一步增加该单体的比例则会增大聚合物链之间的自由体积。其中，SpNPBI-0.1膜表现出高吸水率与优异的尺寸稳定性，这归因于在本研究考察的SpNPBI-x膜（x = 0, 0.1, 0.2, 0.5, 0.8）中，该膜具有最小的离子传输通道。基于同样的原因，在H型瓶渗透性测试中，SpNPBI-0.1膜对活性物质的渗透率最低。此外，采用SpNPBI-0.1膜的ICRFB在100 mA cm⁻²的电流密度下实现了97.82%的库仑效率（CE）和87.38%的能量效率（EE），优于采用其他单体比例膜的电池效率。并且，SpNPBI-0.1膜表现出593小时的循环寿命，证明了其在ICRFB中优异的化学稳定性。 相关成果以“Sulfonated polybenzimidazole copolymer membranes with optimized microstructure for enhanced performance of iron-chromium redox flow battery”为题发表在Electrochimica Acta期刊上。 感谢北京工业大学安全福团队（第一作者：杜红艳）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供   研究背景 作为铁铬液流电池系统的核心组件，离子交换膜直接影响其性能、循环寿命和成本。目前商业Nafion 212膜虽具有高质子传导性，但其微相分离结构加剧了活性物质的交叉渗透，降低了电池效率和铁铬液流电池循环寿命。此外，其高成本和较差的机械性能阻碍了其在规模化储能商业化中的应用。在非氟离子交换膜中，聚苯并咪唑（PBI）因其良好的稳定性和优异的机械性能而广泛用于燃料电池。近年来，质子化咪唑环在酸性电解液中对Fe3+和Cr3+的排斥能力推动了PBI膜在铁铬液流电池中的应用研究。 本研究通过调整对苯二甲酸与1,4-萘二甲酸的摩尔比，合成了一系列聚苯并咪唑共聚物pNPBI-x（x表示TPA单体的摩尔分数）。随后经浓硫酸直接磺化制备了SpNPBI-x。通过FT-IR、1H NMR和SEM表征了SpNPBI-x的聚合物结构和形貌。采用分子动力学模拟、正电子湮没和X射线衍射研究了单体比例与聚合物微观结构的关系。随后，系统比较了SpNPBI-x膜和Nafion212的吸水率、溶胀率、机械性能、面电阻和离子渗透率等性能。最后，采用SpNPBI-x膜组装铁铬液流电池进行单电池测试，以CE、EE、VE作为关键指标与Nafion212进行了对比。此外，对SpNPBI-0.1膜和Nafion212进行长期循环稳定性测试，并通过SEM和FT-IR对稳定性测试前后的SpNPBI-0.1膜进行了结构对比。   核心内容 1. SpNPBI的合成与表征 pNPBI‑x与SpNPBI-x的合成路线如图1所示。TPA与NDA的摩尔比为 x:(1‑x)（x为TPA摩尔分数）。以pNPBI‑0.1 为例：3,3′‑二氨基联苯胺（DAB）、TPA、NDA与伊顿试剂加入三口烧瓶，在氮气氛围、180  ℃下机械搅拌20  h进行缩聚反应。反应结束后将黏稠溶液倒入去离子水中沉淀，所得黑绿色纤维状聚合物先用5 wt% NaHCO₃溶液洗涤12 h，再用去离子水洗至中性，于80  ℃真空烘箱干燥过夜。采用相同方法制备pNPBI‑0.8、pNPBI‑0.5、pNPBI‑0.2 及pNPBI‑0共聚物。随后用浓硫酸在160  ℃下对pNPBI‑x磺化 4–12 h。 图1 pNPBI-x与SpNPBI-x的合成反应路线 采用FTIR对合成聚合物进行表征。如图2所示，3373-1、1625-1、1310 […]

第一作者：汪涛&夏宇恒&高晨龙&黄天煜 通讯作者：丁煜&崔铭锦&杨孟昊 通讯单位：南京大学&上海理工大学&同济大学 成果简介 水系有机氧化还原液流电池显示出用于电网规模储能的前景，但由于活性材料的稳定性和溶解度不足而受到限制。近日，南京大学丁煜&上海理工大学崔铭锦&同济大学杨孟昊提出了一种电子–空间协同效应的调控策略，可同时增强活性分子的溶解度和稳定性。基于此设计的有机液流电池具有良好的循环稳定性，并且能够在宽温域下稳定运行。将原位光谱和电化学分析与计算模型相结合，阐明了分子的氧化还原化性质，并建立了稳定性和官能团效应之间的联系。生命周期评估进一步揭示了该电池的环境足迹，展示了实际电网规模存储应用的巨大潜力。 相关成果以“Long-cycling organic flow batteries enabled by electronic-spatial synergistic modulation”为题发表在Science Advances期刊上。 感谢南京大学丁煜团队（第一作者：汪涛）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析 可再生能源并网依赖大规模长时储能，水系有机氧化还原液流电池因本征安全与原料丰富而备受关注，但其能量密度低、循环稳定性差及温度适应性差等制约了商业化。现有的活性分子存在溶解度低、副反应严重等问题，导致有机液流电池容量衰减与寿命缩短。为此，研究团队开发了一种电子-空间协同效应的调控策略，可同步提升活性分子的溶解度与稳定性，为构建高能量密度、长循环寿命的水系有机液流电池提供了可行的分子设计路径。   图文解析                                                          

第一作者：杨坤龙 通讯作者：李彬 通讯单位：天津大学 成果简介 非水有机氧化还原液流电池（NAORFB）是大规模储能应用的理想候选材料。2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）衍生物具有良好的电化学活性，但其不稳定性严重限制了其实际应用。功能基团修饰对于调控氧化还原电位、溶解度以及化学和电化学稳定性至关重要。天津大学李彬团队提出了一种仿生分子工程策略，通过一步法合成了经酰胺键和磷酸二乙酯基团修饰的4-[2-(二乙氧基磷酰基)乙酰氨基]-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（DEPAcNH-TEMPO）。DEPAcNH-TEMPO具有高溶解度（1.8 M）、优异的电动性能和出色的稳定性。当与1,1′-二苄基-4,4′-联吡啶二鎓二六氟磷酸盐（DBV）配对时，DEPAcNH-TEMPO/DBV NAORFB展现出优异的倍率性能，并且与未修饰的4-NH2-TEMPO相比，循环稳定性提高了近20倍。 相关成果以“Biomimetic Design of Amide–Phosphate Functionalized TEMPO Catholyte for High-Performance Nonaqueous Organic Redox Flow Batteries”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。 感谢天津大学李彬团队（第一作者：杨坤龙）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析 非水系有机氧化还原液流电池（NAORFB）采用有机溶剂体系，显著拓宽了电化学窗口并实现了高能量密度。同时，有机氧化还原分子来源广泛，其溶解度和氧化还原性质可通过分子工程设计进行优化。因此，它们作为NAORFB的氧化还原活性材料得到了广泛的研究。2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）表现出优异的电化学可逆性、高氧化还原电位、快速扩散动力学和良好的电化学稳定性，使其成为NAORFBs活性材料的理想候选者。然而，作为NAORFBs的电极材料，TEMPO分子仍面临一些问题，例如跨膜扩散导致的容量损失、电化学稳定性不足以及电解液相容性差等，这些问题亟需通过分子工程设计优化其分子结构来解决。 本研究提出了一种仿生分子工程策略，通过在4-NH2-TEMPO分子中引入磷酸键和酰胺键，实现分子溶解度、化学稳定性和电荷转移性能的协同优化。通过一步酰胺化反应合成了DEPAcNH-TEMPO，并通过1H和13C NMR证实了其分子结构和化学纯度。由于酰胺键和磷酸二乙酯基团的协同效应，改性后的DEPAcNH-TEMPO的溶解度和电化学稳定性显著提高。采用UV-Vis、1H NMR和CV测量来阐明其稳定化和降解机制，同时利用DFT计算深入了解HOMO-LUMO能级、ESP、范德华体积和分子内相互作用。当以1,1′-二苄基-4,4′-联吡啶二鎓二六氟磷酸盐（DBV）为负极电解液时，50 mM DEPAcNH-TEMPO/DBV NAORFB表现出优异的倍率性能，在20 mA cm-2的电流密度下循环100次后，电池容量保持率为72%（每次循环容量衰减率为0.28%）。   图文解析 1.合成与结构表征 DEPAcNH-TEMPO和AcNH-TEMPO可通过温和条件下的一步酰胺化反应合成。简而言之，二乙基膦酰乙酸和乙酸在室温下与4-NH₂-TEMPO反应，分别以约94%和86%的收率直接得到DEPAcNH-TEMPO和AcNH-TEMPO。 图1表明，通过酰胺键修饰磷酸二乙酯显著改变了哌啶环上质子的化学位移、类型和数量。与AcN-TEMPO中末端-CH3的1H化学位移相比，DEPAcNH-TEMPO中-CH2的1H信号发生了显著的化学位移，从高场1.75 ppm移动到低场2.80 ppm。与4-NH2-TEMPO相比，AcNH-TEMPO和DEPAcNH-TEMPO中被酰胺键修饰的哌啶环的¹H信号向低场移动，表明酰胺键具有更强的吸电子效应。DEPAcNH-TEMPO中酰胺键的-N-H和-C=O的特征吸收峰分别位于3262和1664 cm-1处。磷酸二乙酯基团的-P=O和-P-O-C的吸收峰分别位于1244和968 cm-1处。值得注意的是，与4-NH2-TEMPO相比，DEPAcNH-TEMPO和AcNH-TEMPO哌啶环上N-O的吸收峰分别从1461 cm-1移至1664 cm-1和1639 cm-1，这是由于酰胺键和磷酸二乙酯基团的吸电子诱导效应所致。UV-Vis显示，所有三种R-TEMPO衍生物在240 nm附近均表现出特征吸收。DEPAcNH-TEMPO和AcNH-TEMPO吸收峰强度的增强和蓝移，表明修饰基团的吸电子诱导效应的影响。4-NH2-TEMPO在乙腈中的溶解度仅为0.06

第一作者：王少晋 通讯作者：唐金锐&熊斌宇&李旸 通讯单位：武汉理工大学&武汉大学 成果简介 全钒液流电池（VRB）在大规模能源存储方面具有巨大潜力，但可靠的泵故障诊断仍面临挑战，原因在于其复杂的多变量耦合以及有限的标注数据。图卷积网络（GCN）为模型变量关系的建模提供了有效方法，但其性能从根本上受到过度平滑问题的限制，这会导致深度架构中特征可区分性的丧失。为解决这一问题，提出了一种优化平滑的图卷积网络（OS-GCN）框架。引入了一个平滑因子（SF）来调节特征传播，并采用粒子群优化算法来确定其最优值，从而在信息聚合和特征保留之间实现平衡。基于欧几里得距离（ED）关系构建了用于图卷积网络的数据关联图，以捕捉系统动态。在控制条件和实际条件下收集了泵故障数据，为深入分析运行温度效应、对噪声的鲁棒性以及所提出模型的适用性提供了基础。实验结果表明，在受控环境和实际条件下，OS-GCN 方法的性能均显著优于现有的故障诊断方法。这些发现证实了所提出的框架能够有效避免过度平滑现象，并提高了 VRB 泵故障诊断的准确性和可靠性。 相关成果以“Pump fault diagnosis for vanadium redox flow batteries using an optimized smoothing-based graph convolutional network”为题发表在Reliability Engineering & System Safety期刊上。 感谢武汉理工大学熊斌宇团队（第一作者：王少晋）供稿！ 本文所用 分散式液流单电池测试系统（FSS-1） 由武汉之升新能源有限公司提供   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析 与锂离子电池相比，全钒液流电池（VRB）由于电解液的持续循环而表现出独特的电化学–液压耦合特性。这一特性增加了系统的复杂性，使得故障行为更加动态且更难以描述。特别是，泵故障通常通过涉及电压、电流和流量的多变量相互作用表现出来，这些相互作用高度耦合且是非线性的。这些特性给传统的故障诊断方法带来了巨大挑战。关于VRB故障诊断的专门研究在文献中相对较少。现有的方法发展大多来自更广泛的电池系统，特别是锂离子电池，这些电池已得到了广泛的研究。这里将这些研究作为代表性的方法进行回顾，为VRB故障诊断提供了可迁移的方法学见解。 一般来说，电池故障诊断方法可以分为基于信号的、基于知识的、基于模型的和基于数据的方法。其中，基于数据的方法，尤其是诸如深度信念网络（DBN）、生成对抗网络（GAN）以及深度强化学习（DRL）框架等深度学习技术，展现出了强大的捕捉复杂非线性关系的能力，并且近年来变得越来越受欢迎。然而，这些方法大多最初是在假设输入特征位于具有固定网格结构的欧几里得空间中开发的，其中变量之间的关系通过向量拼接或在规则域上进行卷积来隐式地编码。在这些表述中，变量之间的相互作用通常被视为独立或局部结构化的，这限制了明确表示复杂相互依赖关系的能力。 为应对这些挑战，武汉理工大学熊斌宇团队提出了一种优化的平滑图卷积网络（OS-GCN）用于解决 VRB 泵故障问题。与传统基于固定拉普拉斯平滑方法在所有节点和层上进行平滑处理的图卷积网络不同，所提出的这种方法引入了一个平滑因子（SF），用于控制特征传播的范围。这种机制能够灵活地平衡邻域信息的聚合与对具有区分性的节点特定特征的保留。在构建的关联图中，每个节点代表特定运行条件下的一组电压样本，而边则编码来自欧几里得距离（ED）的相似性关系。在消息传递过程中，所提出的OS-GCN允许每个节点从其邻居处获取信息，同时保留对区分泵故障类型至关重要的细微边界特征。通过调整 SF，可以有效减少过度邻域平均的影响，从而减轻过度平滑效应。除了算法设计之外，这项工作还表明基于图的表示学习非常适合VRB系统。所提出的基于ED的关联图提供了一种简单而有效的方法，能够捕捉在不同运行条件下电压信号之间的潜在关联，即便在数据有限的情况下也是如此。   图文解析 1.提出的基于OS-GCN的泵故障诊断框架 图2:基于OS-GCN的泵故障诊断框架 所提出的OS-GCN框架包含以下关键阶段。 步骤1：从VRB测试平台收集的原始电压信号使用滑动窗口策略分割成重叠样本。这将时间序列数据转换为适合图构建的结构化输入矩阵X。 步骤2：基于ED构建关联图G，以捕捉不同故障条件下电压样本之间的相似关系。图2的“图构建”部分给出了一个示例。具体而言，每个节点代表一个电压样本，边表示 ED。 步骤3：通过引入SF来缓解过度平滑问题并保留与故障相关的具有区分性的特征来构建OS-GCN。 步骤4：初始化模型参数并根据不同的SF值评估预测性能。 步骤5：使用PSO通过最小化LOSS来优化SF。 步骤6：将数据集X和G输入到OS-GCN模型中。 步骤7：执行图卷积操作以获得节点表示，并输出最终的故障分类概率。 在构建图的过程中，每个节点对应于在不同运行条件下（包括正常运行状态和各种泵故障状态）的电压样本。边的定义基于样本之间的相似性关系。边是基于电压的相似性来定义的。在多传感器系统中，每个传感器或变量都可以被建模为一个节点，而边通常基于相似性度量（例如ED或相关性）、物理连接或先验知识来定义。对于时间相关的数据，图的构建可以扩展为时态空间图，它能够捕捉变量之间的相互关系和时间动态。基于上述考虑，选择基于ED的方法来构建边，这提供了一种简单且基于数据的方式来表征样本的相似性。这种样本级别的图使模型能够捕捉不同运行条件之间的内在关系，从而用于故障诊断。   2.实验研究 为了验证所提出模型的准确性，构建了一个VRB实验测试平台，如图 5 所示。该平台由三个主要组件构成：电池测试系统、上位机和单电池VRB系统。上位机提供控制指令并可视化收集到的数据。电池测试系统（Neware BTS 7.6X）将接收到的控制指令转换为电信号，并将其传输到电池，同时收集电压和电流数据。它们通过局域网（LAN）连接。单电池VRB系统（由武汉之升新能源有限公司提供）由 VRB 电堆（Nafion

第一作者：罗正刚 通讯作者：刘涛 通讯单位：武汉科技大学 成果简介 全钒液流电池（VRFB）中，质子交换膜（PEM）需同时具备高质子传导率和低钒离子渗透性。磺化聚醚醚酮（SPEEK）膜因成本低、机械性能好而备受关注，但其长期面临质子传导率与钒离子渗透性之间的此消彼长（trade-off）难题。针对这一瓶颈，武汉科技大学刘涛团队提出通过调控多巴胺聚合环境来优化多壁碳纳米管（CNTs）界面结构的策略。分别在酸性（pH=4.32）和碱性（pH=8.50）条件下于CNTs表面聚合多巴胺（PDA），得到CNTs@mPDA和CNTs@PDA，并将其掺入SPEEK基体制备复合膜。实验结果表明，酸性聚合条件下获得的PDA涂层更均匀、更薄且聚集程度低，显著改善了CNTs在SPEEK中的分散性和界面相容性。最终，SPEEK/CNTs@mPDA复合膜实现了质子传导率123.46 mS·cm-1、面电阻0.08 Ω·cm2，同时VO²⁺渗透率低至3.24×10-7 cm2·min-1，离子选择性高达38.01×104S·min·cm-3，在所有对比膜中最高。在VRFB单电池测试中，该膜在160 mA·cm-2电流密度下能量效率（EE）达到87.7%，在80 mA·cm-2下循环100次后容量保持率超过86%，并可稳定运行300次以上。这项工作系统揭示了聚合环境对PDA改性CNTs界面结构的调控作用，为平衡质子传导与离子选择性提供了简便有效的策略。 相关成果以“Balancing proton conductivity and vanadium-ion permeability in SPEEK membranes using acid-polymerized polydopamine-coated carbon nanotubes”为题发表在Chemical Engineering Science期刊上。 感谢武汉科技大学张一敏&刘涛团队（第一作者：罗正刚博士）供稿！ 本文所用 螺栓型液流单电池测试夹具（LSB-1） 由武汉之升新能源有限公司提供   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析 全钒液流电池（VRFB）凭借其能量和功率解耦设计、快速响应、长循环寿命以及优异的安全性，被公认为大规模储能领域最具前景的技术之一。在VRFB系统中，质子交换膜（PEM）起着关键作用：它不仅要传导质子以完成电化学反应，还必须有效阻止不同价态钒离子的交叉渗透。膜的离子选择性不足会导致电解液失衡、自放电和容量衰减。因此，开发具有高质子传导率、低钒离子渗透性和良好化学稳定性的PEM仍是VRFB商业化的核心挑战。 全氟磺酸膜（如Nafion）虽然质子传导率和化学耐久性优异，但其钒离子交叉严重、成本高昂，且含氟聚合物引发环境担忧。为此，非氟碳氢基膜受到越来越多的关注。其中，磺化聚醚醚酮（SPEEK）因良好的机械性能和热稳定性被视为有前途的替代材料。然而，SPEEK膜通常面临质子传导率与钒离子渗透性之间的内在矛盾：提高磺化度可以增强质子传输，但也会增加吸水率和钒离子交叉；降低磺化度虽然抑制了交叉，却牺牲了传导率。如何协调质子传导通道与严格控制钒渗透性，已成为SPEEK基膜的关键瓶颈。 引入功能性填料构建复合膜是改善离子选择性和尺寸稳定性的有效策略。多壁碳纳米管（CNTs）因其高长径比、优异的力学性能和一维纳米结构，被广泛研究作为PEM中的增强填料。CNTs能够在聚合物基体中形成稳定的纳米网络，有效抑制过度溶胀并改善机械完整性。同时，其独特的一维结构可以诱导膜在其周围形成长程有序的质子传导通道，提供互联的质子传输路径。然而，CNTs的强疏水性和易团聚倾向导致其在磺化聚合物基体中分散性差、界面相容性弱，限制了性能提升。 对CNTs进行亲水性聚合物表面功能化是改善其分散性和界面相容性的有效策略。其中，受贻贝粘附化学启发的聚多巴胺（PDA）因其普适的粘附能力和丰富的官能团（羟基、胺基）而备受关注。已有研究将PDA改性SPEEK膜或PDA包覆CNTs填料用于VRFB，并证实了离子选择性和循环稳定性的提升。然而，传统PDA涂层通常在碱性条件下通过多巴胺聚合形成，这常常导致不可控的氧化、过量的PDA沉积以及部分活性官能团的消耗。这种非均质的PDA层可能会阻碍高效的质子传输，限制有效的界面调控。最近的研究表明，多巴胺的聚合行为可以通过调节反应环境（尤其是pH值）来调控。特别是，酸性聚合条件可以抑制过度氧化，实现更可控的表面修饰。然而，酸性PDA聚合对CNTs表面改性的影响及其在SPEEK基VRFB膜中的应用潜力尚未得到充分探索。 基于此，武汉科技大学刘涛团队通过调控多巴胺聚合环境来调控CNTs的界面结构，为SPEEK基膜的界面工程提供了一种新策略。将酸性和碱性聚合路线下PDA包覆的CNTs掺入SPEEK基体中，系统比较了两种改性条件对填料分散性、界面相容性以及质子传导率与钒离子渗透性平衡的影响，并进一步评估了所得膜的理化性质和VRFB单电池性能。   图文解析 CNTs@mPDA与CNTs@PDA的形貌与结构表征 在酸性（pH=4.32，柠檬酸/柠檬酸钠缓冲液）和碱性（pH=8.5，Tris-HCl缓冲液）条件下分别制备了CNTs@mPDA和CNTs@PDA。 TEM结果显示，原始CNT展现出光滑的管壁和开放端。在碱性条件下对PDA进行改造后（见图1（b）），可以观察到管径增大和不规则的表层，伴随着局部聚集的PDA特征，表明表面覆盖不均匀。相比之下，在酸性条件下制备的CNTs@mPDA（见图1（c））则表面相对光滑，没有明显的厚层覆盖或厚重的聚集结构。碳纳米管固有形态的保存，以及管端表面的密封，表明在酸性条件下表面修饰行为存在差异。这些可观察到的形态特征表明，酸性环境使表面修饰比碱性过程更均匀且聚集性较低。 图1. CNTs(a)、CNTs@PDA(b)和CNTs@mPDA(c)的透射电镜图 SEM分析进一步证实，原始CNTs（见图2a）表现出典型的管状结构，表面相对光滑，聚集有限。碱性条件下多巴胺聚合后，CNTs@PDA表面显著粗糙，伴随不规则颗粒沉积和聚集结构。而相比之下，在酸性条件下制备的CNTs@mPDA（见图2c）表面形态更为连续且聚集较少。单个纳米管轮廓仍清晰可辨，表面覆盖如薄膜，且无明显颗粒积聚，表明表面形态相较CNTs@PDA更均匀。 图2. CNTs(a)、CNTs@PDA(b)和CNTs@mPDA(c)的扫描电镜图 XPS分析（图3a–c）显示，所有改性CNTs均出现C 1s、O 1s和N 1s信号，证实了含氮和含氧官能团的成功引入，其中CNTs@mPDA的N 1s信号强度相对较弱，这可能反映了酸性聚合条件下PDA衍生的氮物种在表面分布或暴露程度有所不同；高分辨N 1s谱中位于399.64 eV和401.82

第一作者：舒宇&俞晔轩 通讯作者：黄健航&王永刚 通讯单位：浙江师范大学&复旦大学 DOI：10.1039/D6EE01772J 成果简介 本研究开发了一种具有高耐寒性的酸性Mn-Sn液流电池，成功突破低温限制，可在前所未有的−45°C条件下稳定运行。该体系利用H+和Ti4+之间的协同作用，有效地破坏了水分子间的氢键网络，并显著提升了Mn3+/Mn2+氧化还原反应的可逆性。同时，结合具有高反应动力学和低温可逆性的Sn2⁺阳极电解液，Mn-Sn ARFB在−25°C下可提供约1.5V电压，能量密度达33Wh L⁻1，循环寿命达4250小时（>177天），CE达99.98%。当温度进一步降至−45°C时，该电池仍能在800小时（>33天）内保持稳定循环性能，EE高达约81%，展现出在低温储能领域的广阔应用潜力。 感谢浙师大黄健航团队（第一作者：舒宇）供稿！ 本文所用 分体式液流电池电堆 由武汉之升新能源有限公司提供   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析 液流电池的性能受到工作温度的严重限制，尤其是在寒冷气候地区。低温会显著降低氧化还原反应的动力学、氧化还原物种的溶解度以及电解质和膜的离子扩散速率，从而明显降低能量/功率密度、CE、循环性能和运行安全性。例如，为避免钒物种沉淀，全钒氧化还原液流电池的工作温度应限制在10-40°C范围内。尽管部分研究提出添加剂和混合酸电解质可改善低温下的性能，但在0°C以下仍难以实现稳定运行。 为突破水性液流电池的低温局限，目前已有多种低温液流电池体系（如：杂多酸-钒液流电池、低温锌溴电池、低温锌铁电池等）被开发，但水性液流电池在−20°C以下运行仍面临关键挑战，尚不足以满足寒冷地区（<−40°C）的应用需求。因此，至关重要的是开发在低温（−40°C以下）条件下具有可靠性能的水性液流电池系统。   图文解析 1.低冰点酸性锰基电解质的设计 图1.适用于低温环境的锰基阴极电解液设计 在正极液设计中，研究团队以MnSO4、Ti(SO4)2和H2SO4构建酸性Mn基电解液。1 M MnSO4电解液凝固点为-25 ℃，加入3 M H2SO4后电解液的凝固点降至-53℃，而加入Ti(SO4)2后的1Mn + 1Ti + 3H电解液凝固点进一步低于-100℃。即使将Mn和Ti浓度提高至1.5 M，电解液在-65 ℃下仍未出现盐析。电导率测试表明，1Mn + 1Ti + 3H电解液在-50℃下仍保持36.2 mS cm⁻1，1.5Mn + 1.5Ti + 3H电解液在-50℃下也达到27.9 mS cm⁻1，为低温条件下的离子传输提供了基础。   2.H+与Ti4+协同作用增强Mn³⁺/Mn²⁺氧化还原电对可逆性 图2.酸与钛添加剂对Mn³⁺/Mn²⁺氧化还原化学反应的协同效应 研究人员分别对比了仅添加H+、仅添加Ti4+和同时添加H+与Ti4+的锰基电解液可逆性。使用0.2Mn+3H电解质与0.2Mn+0.4Ti电解质所组装的电池均表现出较低的CE<98%，且在循环过程中CE和EE均不断下降。然而，同时添加H+和Ti4+的电池（0.2Mn+0.4Ti+3H电解质）在60mA cm⁻²下，在100次循环中始终保持极高的平均CE（约99.8%）和EE（约87%）。 使用0.2Mn+3H或0.2Mn+0.4Ti电解液所组装的液流电池循环后，其碳毡表面生成了大量不溶性MnO2，这说明无论是单独使用质子还是钛添加剂，均无法有效抑制Mn3+的歧化反应。与之形成对比的是，使用同时含有H+和Ti4+电解液的电池在循环后未观察到“死锰”现象。并且电解液在首次循环和第50次循环中，在充电状态下均呈现酒红色，而在放电状态下则恢复透明，表明酸与钛添加剂的协同作用能显著抑制Mn3+的歧化反应，并改善Mn3+/Mn2+的氧化还原过程。   3.适用于低温环境的高度可逆性锡分析物 图3.锡基阳极电解液及精炼沉积锡颗粒的低温性能

第一作者：侯艳博 通讯作者：韩青松 通讯单位：内蒙古工业大学 成果简介 全钒液流电池（VRFB）兼具安全性高、可扩展性好和适合大规模储能等优点，但双极板流道结构会同时影响电解液传质、极化损失及系统泵耗。本研究提出一种新型凹陷梯形蛇形流道（concave trapezoidal serpentine channel，CTSC），在保持流道顶宽和横截面积一致的前提下，与梯形和半圆形流道开展对比。基于三维稳态流动—传质—电化学耦合模型，并结合单电池实验验证，模型在SOC=0.35时最大放电电压偏差仅为2.37%。结果表明，CTSC可同时实现更低充电电压、更高放电电压和更小极化损失；相较梯形流道，压降和泵功分别降低2.53%–5.94%和2.53%–5.93%；相较半圆形流道，分别降低9.22%–11.04%和9.22%–11.03%。在考虑泵功修正后，CTSC在60–180 mA/cm2范围内始终保持最高电压效率，较梯形和半圆形流道分别提升1.36%–3.83%和1.91%–5.30%。 相关成果以“Cross-sectional shape optimization of flow channels in all-vanadium redox flow batteries: Acomparative performance study”为题发表在Journal of Energy Storage期刊上。 感谢内蒙古工业大学韩青松团队（第一作者：侯艳博）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析 近年来，矩形、梯形、半圆形以及渐变型流道等结构均被用于提升传质并降低流阻；同时，拓扑优化和机器学习辅助设计也逐步应用于VRFB流场开发。但现有研究更多聚焦于边界尺寸、壁面倾角或多级渐变形式，对于“兼具凹曲面与梯形轮廓”的复合截面系统研究相对有限。针对这一空白，作者提出CTSC流道，希望在强化电解液穿透与更新的同时，兼顾压降与泵功控制。   图文解析 1. 流道结构设计与模型验证 针对VRFB中双极板流道优化需求，作者在传统梯形与半圆形蛇形流道基础上提出CTSC，并在相同流道顶宽、横截面积及电极接触面积条件下进行公平比较。模型采用稳态、等温、层流、忽略重力及仅质子穿膜等假设，耦合了流体流动、物质传输、Brinkman方程和电化学反应动力学；通过网格无关性分析，最终选取约160万单元作为数值计算基准。实验方面，研究使用活性面积25 cm²的单电池，在35mL/min和60mA/cm2条件下对模型进行验证。 验证结果表明，数值模拟与实验充放电曲线吻合良好，SOC=0.35时最大放电电压偏差仅为2.37%。在同一SOC下，CTSC相较另外两种流道通常表现出更低充电电压和更高放电电压，说明该流道有助于减小充放电电压差并抑制综合极化，为后续性能提升奠定了基础。 图1. (a)全钒液流电池（VRFB）的结构组成与工作原理示意图 (b)网格无关性验证结果：不同网格数量下电池放电电压的变化 (c)全钒液流电池单电池实验测试平台示意图 (d)实验结果与数值模拟结果的充放电电压对比 (e)充放电电压随 SOC 的变化   2. 极化行为、压降与泵功的综合比较 在35mL/min入口流量下，三种流道的放电极化曲线均随电流密度增加而近似线性下降，但CTSC始终保持最高放电电压，表明其欧姆极化和浓差极化更小。在SOC扫描结果中，CTSC正、负极过电位在大多数SOC范围内更接近零值，说明流道截面优化有效改善了反应物补给和反应分布。 从水力性能看，随着入口流量由30增加至180mL/min，三种流道的压降与泵功均显著上升，但CTSC在整个流量范围内始终最低。与梯形流道相比，CTSC压降降低2.53%–5.94%，泵功降低2.53%–5.93%；与半圆形流道相比，上述降幅分别扩大至9.22%–11.04%和9.22%–11.03%。在180mL/min时，CTSC相对半圆形流道的压降和泵功降幅最大，均约11%。进一步引入泵功修正后的电压效率评价后，CTSC在60、90、120、150和180 mA/cm2下分别达到88.13%、83.24%、78.59%、74.22%和70.11%，展现出更优的“传质增强—辅助能耗控制”平衡。 图2三种流道截面下 VRFB 的极化曲线与电极过电位对比:(a) SOC = 0.5 时不同电流密度下的放电极化曲线；(b) 电流密度 60 mA/cm2时正、负极过电位随 SOC 的变化。 图3三种流道截面下压降与泵功的对比:(a) 压降随入口流量的变化；(b) 泵功随入口流量的变化。 图4基于泵功率的电压效率  

第一作者：陈熙&李云璇 通讯作者：刘文&周明月&黄世强 通讯单位：北京化工大学&中国石油大学（北京）&新加坡国立大学 成果简介 锌基液流电池锌负极在循环过程中因不均匀沉积/剥离，易形成电绝缘的“死锌”，导致容量衰减、循环寿命缩短。这一问题在高面容量、高电流密度、深度充放电条件下尤为突出，严重制约了锌基液流电池的实用化进程。近日，北京化工大学刘文教授&中石大周明月副教授提出了一种通过结构/溶剂化协同调控加速“死锌”激活反应动力学的新策略。该团队系统筛选了一系列二羟基蒽醌（DHAQ）同分异构体作为氧化还原介质，揭示了DHAQ分子结构与溶剂化结构对“死锌”复活反应动力学的协同调控机制。研究发现，具有两个α位羟基的1,5-DHAQ能够形成由Zn(OH)42-占据的更薄溶剂化壳层，同时其平面构型与Zn(001)晶面展现出更高的兼容性和锌亲和性。这种结构与溶剂化的协同效应，全面促进了扩散、去溶剂化和吸附等多步动力学过程。1,5-DHAQ介导的碱性锌铁液流电池在156 mAh cm-2的高面容量和100% DOD/DOC的苛刻条件下，实现了超过2965小时（123.5天）的超长循环稳定性，容量衰减率可忽略不计（0.013%/圈），累计面容量高达88.5 Ah cm-2。 相关成果以“Unlocking Ultra-stable 100% DOD/DOC Zinc-based Flow Batteries via Synergistic Structural and Solvation Engineering for Facilitated Dead Zinc Revitalization”为题发表在Advanced Functional Materials期刊上。 图1 （a）锌基液流电池中氧化还原介导的“死锌”激活过程以及（b）加速“死锌”再生化学反应的分子结构和溶剂化结构协同调控的示意图 感谢北京化工大学刘文课题组（第一作者：陈熙）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（LSB-1/YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析 随着全球碳中和政策的推进，可再生能源的规模化利用对长寿命、安全、经济的储能技术提出了迫切需求。水系氧化还原液流电池（ARFBs）因其功率与能量密度可独立设计、安全性高、寿命长等优点，成为大规模储能的理想选择。锌基液流电池（ZFBs）凭借锌资源丰富、成本低、体积比容量高（5.85 Ah cm-3）以及碱性环境中较低的电极电位（-1.29 V vs. SHE），近年来受到广泛关注。然而，锌负极在循环过程中面临严峻挑战。由于电场分布不均、离子传质受限等因素，锌沉积物易从根部断裂，失去电接触，形成电化学非活性的“死锌”。这一现象在高面容量、高电流密度、深度充放电（DOD/DOC）条件下尤为严重。“死锌”的持续积累不仅导致电池容量衰减，还可能堵塞流道、刺穿隔膜，引发内部短路，严重制约锌基液流电池的实用化进程。 为抑制“死锌”的形成与积累，研究者提出了多种策略，包括开发高机械强度的隔膜、设计三维结构化电极、调控电解液溶剂化结构等。这些方法虽在一定程度上延缓了“死锌”的产生，但无法从根源上消除已形成的“死锌”。近年来，氧化还原介导的“死锌”复活策略被提出：在放电过程中，电解液中的氧化态氧化还原介质可与电绝缘的“死锌”发生化学反应，将其氧化为可溶性的锌酸盐，从而在后续充电过程中重新沉积为活性锌，实现容量的恢复。 然而，该策略的发展面临两大瓶颈：一是可用介质种类少，现有介质如DHPS合成复杂、成本较高；二是反应动力学机制不清，缺乏分子结构-性能关系的系统研究，制约了新型高效介质的理性设计。因此，建立清晰的氧化还原介质分子结构-反应动力学-宏观性能关系，是推动氧化还原介导“死锌”复活策略实用化的关键前提。 本研究首次揭示了氧化还原介质的分子结构-溶剂化结构-反应动力学之间的内在关联，为理解“死锌”复活过程提供了新的理论视角；提出了“结构/溶剂化协同加速死锌再利用反应动力学”的新机制：α位羟基的1,5-DHAQ的平面构型与Zn(001)表面完美匹配（吸附能-2.14 eV），同时锌酸根直接参与1,5-DHAQ溶剂化结构形成紧凑溶剂化层，协同促进扩散-去溶剂化-吸附-反应全过程；实现了锌基液流电池在高面容量（156 mAh cm-2）和100% DOD/DOC条件下的超长循环稳定性（>2965 h），打破了其它已报道的氧化还原介导的锌基液流电池累计面容量纪录；筛选出低成本、高性能的1,5-DHAQ作为氧化还原介质（成本1.89 US$ kg-1，边际成本0.244

第一作者：付尚万 通讯作者：齐涛&张绘 通讯单位：中国科学技术大学、中国科学院赣江创新研究院 DOI：10.1002/cssc.202502732 成果简介 本文提出一种容量可恢复的液流电池体系，即采用低成本钛/铈电对的Ti-Ce液流电池体系。通过混合电解液设计有效抑制了离子交叉，在30 mA cm-2的电流密度下实现了86.02%的平均能量效率。由于体系本征副反应少，活性离子的独特络合结构，Ti-Ce液流电池衰减后的容量可通过直接混合电解液的方式几乎完全恢复。通过衰减后混合电解液的恢复调控，该电池在50 mA cm-2下实现了超过3721次循环（1886小时）的优异长期稳定性，平均库仑效率高达99.09%。 感谢中科大齐涛&张绘团队（第一作者：付尚万）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（LSB-1/YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析 随着可持续能源需求的增长，液流电池因其功率与容量解耦、长循环寿命等优势成为大规模储能的研究热点。全钒液流电池虽已商业化，但受限于钒成本高及电压偏低等问题。其他体系如锌基、溴基、铁基及有机液流电池亦存在枝晶、交叉扩散、析氢副反应或不稳定等挑战。铈基与钛基液流电池因资源丰富、成本低廉且分别具有高氧化还原电位和抑制析氢的优点而备受关注。然而，关于Ti-Ce液流电池的报道甚少。为此，本文提出一种绿色Ti-Ce液流电池系统，通过混合电解液设计抑制离子交叉，并利用活性离子独特的络合结构实现容量高效恢复，展现出优异的长期循环稳定性，为低成本长时储能提供了新思路。   图文解析 1.Ti-Ce液流电池的工作机制与活性离子配位结构 图1.（a）近期报道中铈基与钛基液流电池关键氧化还原电对的电位对比；（b）Ti-Ce液流电池的工作原理示意图；（c）甲磺酸溶液中活性离子的DFT优化结构 图2.Ce(III)和Ti(IV)在初始电解液及氧化物中的X射线吸收谱（XANES、EXAFS）表征 Ti-Ce液流电池利用Ce4+/Ce3+（1.61 V）与TiO2+/Ti3+（0.1 V）氧化还原电对，理论电压达1.51 V，以甲磺酸为支持电解质，H+为载流子。DFT表明：Ce(Ⅳ)、Ce(Ⅲ)、Ti(Ⅲ)与甲磺酸根配位带负电，Ti(Ⅳ)形成零价双核结构。图2的XAFS表征进一步证实初始电解液中Ce、Ti的稳定络合物结构。   2.单一Ti-Ce液流电池电化学性质 图3.CV测试：不同扫速下（a）0.1 M Ce3+和（b）0.1 M TiO2+在2.0 M MSA中的CV曲线；（c）正极与（d）负极电解液的峰电流密度与扫速平方根的线性关系。 CV曲线表明Ce4+/Ce3+与TiO2+/Ti3+为准可逆反应，扩散系数与速率常数显示正负极动力学相对平衡。单一Ti-Ce液流电池运行200圈后库伦效率均值98.51%，但容量仅剩60.56%，衰减主因活性离子透过膜交叉污染。   3.混合Ti-Ce液流电池的循环稳定性 图4.（a）充电时正负极原位DEMS监测的H2、CO、O2和CO2析出；单一Ti-Ce液流电池与混合液流电池的（b）效率对比和（c）放电容量对比；（d）0.5 M Ti-Ce mRFB正负极中Ce、Ti离子浓度随时间变化 为解决离子交叉导致的容量衰减，设计了正负极含相同活性物质的混合Ti-Ce液流电池。混合后电化学活性略有降低但可接受，DEMS证实无副反应气体。相比单一液流电池，混合液流电池的VE和EE更高，200圈容量几乎无衰减，离子迁移更慢，表现出优异的长期循环稳定性。   4.混合Ti-Ce液流电池的超长循环稳定性与混合恢复机理 图5.长循环过程中，50 mA cm-2下0.5 M Ti-Ce mRFB的（a）效率和（b）放电容量；（c）各循环周期内放电容量峰值时的充放电曲线；（d）各周期末混合正负极电解液后首次激活的充放电曲线；（e）充放电循环中活性离子迁移变化示意图 混合Ti-Ce液流电池在50 mA cm-2下循环3721次（1886小时），平均库伦效率99.09%。容量与能量效率周期性衰减后，简单混合正负极电解液即可基本恢复。恢复机理为混合后残余Ce4+氧化Ti3+，重新平衡离子价态。