June 14, 2026

第一作者：张慧萍 通讯作者：宋芃，安全福 通讯单位：北京工业大学 成果简介 先进的储能技术对于建立以可再生能源为中心的新电力系统至关重要。为了应对间歇性这一关键挑战，氧化还原液流电池（RFBs）对于实现稳定可靠的电力系统至关重要。本研究，北京工业大学安全福团队通过直接磺化法制备了磺化氧化石墨烯（SGO），并制备了SPIK/SGO复合膜，以提高水系有机氧化还原液流电池（AORFB）的电池效率。SGO中引入的磺酸基团（–SO3H）和含氧官能团（–OH）增强了膜的亲水性和保水能力，降低了离子传输势垒。同时，均匀分散在聚合物中的SGO形成了二维片层屏障，延长了氧化还原物质的扩散路径，降低了渗透速率。与Nafion 115和原始SPIK膜相比，SPIK/SGO-4膜具有更高的K+电导率（72.60 mS cm-1）和更低的渗透率。在AORFB中，使用SPIK/SGO-4膜在60 mA cm-2电流密度下获得了99.67%的库仑效率（CE）和78.24%的能量效率（EE），其EE优于原始SPIK膜（75.40%）和Nafion 115膜（65.73%）。该电池表现出优异的循环稳定性，可维持超过1000次循环，每次循环容量衰减仅为0.0243%。 相关成果以“Enhancing aqueous organic redox flow battery (AORFB) performance with sulfonated poly(indole ketone)/sulfonated graphene oxide (SPIK/SGO) composite membranes”为题发表在Journal of Industrial and Engineering Chemistry期刊上。 感谢北京工业大学安全福团队（第一作者：张慧萍）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 风光发电的间歇性与波动性对电网的稳定运行构成了严峻挑战，开发大规模先进储能技术成为构建新型电力系统的核心支撑。水性有机液流电池（AORFB）因采用低成本、结构可调的有机活性分子备受关注，而离子交换膜作为核心部件，其离子传导与活性物质阻隔能力的协同水平直接决定电池性能。当前商业化全氟磺酸膜成本高、选择性不足，非氟磺化烃类膜则面临“高传导伴随高溶胀”的权衡困境，亟需优化改性。 氧化石墨烯（GO）因其机械强度高、环境友好、成本低等特点在复合膜领域受到广泛关注。此外，GO具有优异的亲水性和丰富的官能团（–OH，–COOH）的可调结构。膜内高纵横比的GO片不仅阻碍了活性物质的扩散，也阻碍了离子的传递。GO与多组分共价杂化结构存在合成复杂、规模化难度大的局限。因此，基于GO与磺酸基团（–SO3H）之间的高相容性，通过直接磺化法制备磺化氧化石墨烯（SGO），引入高效离子传导位点的同时增强Donnan排斥效应，且工艺简单、与聚合物相容性好。 在本研究中，采用硫酸（H2SO4）的简单磺化法制备了SGO。利用SPIK/SGO复合膜来改善AORFBs的性能。对合成的SGO及其对应的SPIK/SGO复合膜进行了结构表征，并分析了SPIK/SGO复合膜的离子电导率、机械强度、吸水率（WU）、溶胀度（SR）、离子电导率（IEC）和离子渗透性等性能。随后，将采用SPIK/SGO复合膜组装的AORFBs性能与SPIK和Nafion 115进行比较。最后，通过60 mA cm-2下的稳定性测试进一步验证了复合膜的整体性能。 图文解析 1.SGO及SPIK/SGO-x的制备与表征 采用溶液浇铸法制备一系列SPIK/SGO-x复合膜，其中x表示SGO质量比（×10-3）。首先将2 mg SGO分散于3 mL DMSO中，100 W超声1.5 h；同时将0.5 g […]