August 8, 2026

第一作者：卢陆 通讯作者：熊斌宇&王少晋 通讯单位：武汉理工大学 工作简介 全钒液流电池（VRB）因其模块化设计和较长的使用寿命，在大规模储能应用中得到了广泛采用。然而，泵故障可能严重干扰电解液循环，导致电解液供应不足、离子浓度分布不均及电化学极化异常，进而影响系统性能与安全性。VRB的运行涉及多个物理过程的耦合，使得故障分析尤为困难。为解决这一问题，本研究基于动量、电荷和质量守恒定律，利用COMSOL Multiphysics平台开发了流场—浓度场—电化学场耦合模型，并通过小型VRB实验平台进行了验证。仿真结果表明，不同泵故障类型会引起钒离子浓度、电位、过电位及电流密度分布的显著变化。相关结果为解释泵故障导致的性能下降提供了物理依据，并为后续精准故障诊断策略的开发奠定了基础。 相关成果以“Multiphysics Modeling of Electrochemical Behavior for Vanadium Redox Flow Batteries Under Pump Fault Conditions”为题发表在Applied Sciences期刊上。 感谢武汉理工大学熊斌宇团队（王少晋博士）供稿！ 本文所用VRB单电池测试实验平台 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》 研究背景 全钒液流电池（VRB）凭借出色的可扩展性、长循环寿命以及能量与功率解耦设计，正日益广泛地应用于大规模储能系统。然而，复杂的系统结构使其容易受到多种故障影响，其中循环泵在长期运行过程中可能发生流量衰减、堵塞或失效。若不能及时识别并处理，泵故障可能导致电池性能加速恶化、安全风险增加，甚至引发系统停机。因此，亟需建立具有较强鲁棒性和物理可解释性的模型，以准确刻画泵故障条件下电池内部状态的变化。 一般来说，基于物理机理的VRB模型主要依据质量、能量和动量守恒原理，通过建立非线性偏微分方程描述电池内部的流动、传质、传热及电化学反应过程。相关研究已由早期对电堆电压、离子浓度和内部损耗等整体性能的预测，逐步发展到电—热—流—力等多物理场、多时间尺度耦合分析，并进一步用于荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）及可用容量估计。这类模型能够揭示VRB内部复杂的能量与质量传递机制，为电池结构优化、性能分析、运行控制和故障诊断提供物理解释基础。然而，多物理场模型通常计算量较大、参数较多，如何在模型精度、计算效率与工程适用性之间取得平衡，仍是当前研究的重要问题。 为应对这些挑战，武汉理工大学熊斌宇团队基于COMSOL Multiphysics平台，构建了一种面向全钒液流电池泵故障的三维流场—浓度场—电化学场耦合模型。不同于仅描述正常运行状态的传统多物理场模型，该方法通过改变故障侧电解液流量边界条件，将现有建模框架扩展至泵故障工况，从而模拟电解液供应不足引起的内部状态变化。该模型能够揭示泵故障条件下钒离子浓度、电位、过电位及电流密度的非均匀分布特征，并分析不同故障类型对电池内部电化学行为的影响。研究进一步利用小型VRB实验平台进行验证，阐明了内部电化学场变化与外部电压异常之间的联系，为后续故障诊断、运行监测与安全控制研究奠定了基础。 核心内容 1.构建泵故障条件下的VRB多物理场耦合模型 图2：三维多物理场模型几何结构 为揭示泵故障引起的电解液供应不足及其对电池内部电化学行为的影响，研究团队依据实验单电池的实际结构，在COMSOL Multiphysics 6.1中建立了包含蛇形流道、多孔电极、质子交换膜和集流体的三维模型。该模型由流场、浓度场和电化学场三个相互耦合的子模型构成，主要建模过程如下。 步骤1：根据实验电池的实际尺寸建立三维几何模型，并设置电极宽度与长度、蛇形流道尺寸、多孔电极厚度及质子交换膜厚度等参数。 步骤2：设置稳态、等温等基本假设，将温度设为298.15 K；忽略短时泵故障过程中未明显出现的析氢、析氧等副反应及钒离子跨膜迁移，以突出故障初期内部场的空间变化。 步骤3：建立流场子模型。在蛇形流道区域利用不可压缩Navier–Stokes方程描述自由流动，在多孔电极区域采用Darcy定律描述渗流，并通过Brinkman方程实现两个区域的连续耦合。 步骤4：建立浓度场子模型。采用Nernst–Planck方程描述V²⁺、V³⁺、VO²⁺、VO₂⁺、H⁺及SO₄²⁻等组分的扩散、对流和电迁移过程，并结合电中性条件求解离子浓度分布。 步骤5：建立电化学场子模型。基于电荷守恒方程计算电子和离子传导过程，利用Butler–Volmer方程描述正、负极表面的电化学反应动力学，并通过Nernst方程计算平衡电位和过电位。 步骤6：实现多物理场耦合。流场得到的电解液速度进入浓度场的对流项，离子浓度变化进一步影响局部平衡电位、过电位和电流密度，从而形成流动—传质—电化学反应之间的双向关联。 步骤7：设置泵故障边界条件。正常工况下正、负极电解液流量均为60 mL/min；发生泵故障时，将故障侧入口流量降低至0.1 mL/min，分别模拟正极泵故障和负极泵故障。 步骤8：采用有限元法求解模型，并使用约9.2万、17.5万和26.8万个单元的三种网格开展敏感性分析。中等网格与精细网格之间的端电压差异低于1%，内部场变量差异低于3%，最终选用约17.5万个单元兼顾精度与计算成本。 在该耦合机制中，泵故障首先导致故障侧电解液流速下降及对流传质能力减弱，随后引起反应物耗尽和离子浓度重新分布；浓度变化又会改变局部平衡电位和过电位，使电化学反应集中于仍有活性物质供应的区域，最终造成电流密度局部化和端电压异常。因此，该模型能够从“流量下降—传质受限—浓度失衡—极化增强—反应区域重分布—电压异常”的传递路径解释泵故障的内部作用机理。   2.多物理场模型的实验验证 图3：VRB实验平台 为验证模型的准确性，研究团队搭建了由单电池系统、高精度电池测试系统和上位机构成的小型VRB实验平台（VRB单电池测试实验平台由武汉之升新能源有限公司提供）。单电池系统包括蠕动泵、200 mL电解液储罐、Nafion 117质子交换膜、蛇形流道以及3 cm×3 […]

第一作者：罗嘉劼 通讯作者：赵天寿、韩美胜、李文甲 通讯单位：南方科技大学 DOI：10.1002/aenm.71330 感谢南方科技大学赵天寿院士团队（韩美胜老师）校稿！ 工作简介 本综述系统分析了四种关键RFB构型，钒基、锌基、铁基及有机体系在催化剂改性方面的进展。通过将性能提升与特定电化学活化动力学相关联，确立了明确的机理路径。具体而言，钒基RFBs利用原子尺度缺陷工程和铋中心催化来加速反应动力学；锌基体系采用亲锌纳米结构（如氧化铜）以确保均匀成核并抑制枝晶生长；铁基架构则整合了高析氢过电位材料（如铅和铋）以抑制副反应；最后，有机RFBs侧重于先进的表面功能化，以最大化活性位点密度和稳定性。通过综合这些策略，本研究为优化不同RFB架构下的电极功能提供了全面指南。 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 研究背景 电极材料的改性已成为提升RFBs性能、进而降低其成本的关键策略。电极改性的主要目标是在确保电解质高效传输（渗透性）的同时，最大化活性位点密度与比表面积。尽管在结构设计中两者之间存在固有的权衡关系，但实现二者间的平衡至关重要。在实际运行过程中，电池性能常受浓度极化、电化学极化和欧姆极化的影响。上述三种极化现象的共同作用会显著影响RFBs的EE、功率密度及循环寿命。这些极化行为可通过多种策略有效缓解，例如：调控CF电极的活性位点密度、优化离子反应动力学、增强材料的本征性能。总体而言，这些方法可大致归类为电极材料的宏观结构调控与微观表面催化剂改性。关于宏观结构调控现有研究已十分丰富，其商业应用也相对成熟。本研究的核心目标在于平衡电极的SSA与渗透性。此外，此类调控措施对系统性能的影响在不同RFB体系（如全钒型、铁基型、锌基型及有机型）中均表现出高度的普适性，且变化幅度相对较小。作为对比，微观表面催化剂改性则显示出显著的系统依赖性：不同的氧化还原电对需要定制化的电极催化材料才能充分发挥其固有优势。因此，本研究系统分析了不同RFB体系下表面改性催化剂的相容性特征及其独特的电化学活化机制。 核心内容 1.不同氧化还原对的的活化机制 在不同的RFB体系中，电极催化活性并非一个与体系无关的内在参数；相反，是由活性物种的电化学特性以及负载于电极表面的催化剂的具体类型和构型共同决定的。基于传统的热处理、化学处理和电化学处理方法，引入先进的催化层可引发CF电极的体系特异性重构。此过程从根本上改变了其表面形貌、官能团分布、缺陷密度及润湿性。在某些改性场景下，经工程化处理的电极主要通过提供特定吸附位点和加速电子转移动力学来提升反应速率；而在其他体系中，性能的提升则更多依赖于稳定的碳骨架和高导电网络以支撑催化层，或借助界面调控来抑制金属枝晶生长、副反应以及非均匀溶解/沉积问题。 1.1VRFBs VRFBs是迄今为止商业化应用最成功的流电池，其正负极均采用不同氧化态的钒离子作为活性物质。在充电过程中，负极电解液（储存在负极隔室）中的V³⁺被还原为V²⁺，而正极电解液中的VO₂⁺则被氧化为VO2+；放电过程中则发生相反反应。这些氧化还原反应主要发生在多孔碳电极表面。因此，电极界面是钒物种动态吸附、电子转移和离子传输的关键平台然而，在实际系统中，VO2+/VO₂⁺和V2+/V3+在电极上的反应通常面临诸多挑战，例如催化活性不足、电解质对电极的润湿性或附着力较弱等问题，问题会导致电荷转移动力学缓慢及显著的极化现象，从而限制了电池整体EE与功率性能的进一步提升。为实现更高效率的VRFBs，研究人员已投入大量努力以增强电化学活性与传质效率。 1.1.1 V3+/V2+氧化还原反应 在VRFBs的研究中，与正极的VO2+/VO₂⁺反应相比，负极的V³⁺/V²⁺的氧化还原动力学在低比表面积电极上尤为迟缓。在玻碳等平面表面材料上，负极的速率常数k₀仅为1.7×10⁻⁵ cm/s，低于正极上的7.5×10⁻⁵ cm/s。尽管采用碳纸等高比表面积材料可改善正极和负极的动力学性能，但负极的k₀仍增至1.13×10⁻³ cm/s，增幅达两个数量级，表明增加有效表面积是突破负极动力学瓶颈的关键途径。然而，通过采用高比表面积电极来提升动力学性能的做法，会带来与系统稳定性之间的关键权衡，特别是涉及副反应HER的问题。热力学上，在50%SOC下，负极电势比氢气参考电势低约350mV。这种不稳定性因电解液中高浓度的硫酸而进一步加剧。此类副反应不仅会引发正负极电解液之间的价态失衡，还成为容量衰减的主要诱因。实验数据表明虽然高比表面积材料能显著提升功率密度，但析氢速率也会相应增加。即使在理想条件下，寄生反应仍可能要求每周对系统进行约1%的重新平衡维护。因此，开发能够将动力学加速与析氢过程解耦的先进电极改性策略，对于提升大规模应用中的EE及降低维护频率具有迫切的实际意义。由此可见，理想的负极改性策略必须同时满足两个看似矛盾的要求：既要显著增大比表面积以增强动力学性能，又要有效提高析氢过电位以抑制副反应。 在相似的测试条件下，Bi可被视为最具潜力的金属催化剂之一，归因于其独特的电子结构及适宜的析氢过电位。研究表明铋能够通过多种机制显著降低负极反应的活化能。如图1a所示，在充电过程中，铋纳米球可与电解液中的水发生反应，生成BiHx中间体；该中间体随后将V³⁺还原为V²⁺，从而加速电子转移过程。此外，晶体晶面工程是提升铋催化活性的重要策略。Yu等人的研究发现，通过原位电化学还原制备垂直排列的铋纳米片可暴露更多(012)晶面。基于密度泛函理论（DFT）的计算显示，(012)晶面的结合能为−3.96eV。根据惯例，数值越负表示吸附状态越稳定，因此该结合能显著低于传统铋的(110)晶面（−2.78eV）和碳的(0001)表面（−0.57eV）。优化后的钒物种吸附能可提供更丰富的活性位点，并显著增强反应动力学。Zhang等人也报道了类似的垂直结构：在碳纤维表面原位生长出垂直碳纳米片阵列，并将Bi纳米点限制在这些纳米片内。该设计摒弃了传统的无序堆叠模式，转而利用垂直立式几何特性来构建畅通的离子传输通道。多物理场仿真结果证实与传统的曲折微结构相比，垂直阵列可为钒离子提供路径平直且曲折度较低的通道，从而使反应物能够通过最短路径从体电解质扩散至电极深处的固液界面。除促进主反应外，铋基催化剂还能在高电位下有效抑制负极处的HER副反应，对提升电池的CE和长期运行稳定性至关重要。Xing等人近期发表的研究提供了极具代表性的视角：他们设计了一种氮掺杂碳载体上的铋单原子催化剂（Bi SAs/NC@CF）（图1c），该催化剂通过形成稳定的Bi-N₄配位结构显著增强了电极的催化活性。该研究从定量角度清晰阐明了[V(H₂O)₆]³⁺/[V(H₂O)₆]²⁺氧化还原过程中的脱溶剂化步骤及内层反应机理，如图1c所示。理论计算进一步证实与传统铋纳米颗粒相比，Bi-N₄活性中心能更有效地促进钒离子的脱溶剂化过程（图1d，e）并降低反应能垒。得益于单原子尺度的精确工程设计，所组装的单体电池在240mA/cm²下实现了81.1%的EE，且5kW级电堆在400次循环内仍保持优异的稳定性。最终，铋单原子负载可最大化原子利用效率，并通过抑制纳米颗粒中常见的沉积–溶解现象来保障结构稳定性。 图1 (a)Bi在CF上的催化机理示意图；(b)Bi纳米片在CF上进行原位电化学还原过程的示意图；(c)催化剂设计原则，突显了Bi单原子相较于Bi纳米颗粒在[V(H₂O)₆]³⁺/[V(H₂O)₆]²⁺反应中的优势；(d)Bi纳米颗粒在Bi NPs/NC中的结构；(e)Bi SAs/NC中的Bi–N₄基团结构 除了铋基材料外，其他过渡金属及其化合物也被广泛探索用于负极改性，表现出独特的活化机制。近年来，由于MXenes等二维材料具有优异的电导率和结构可调控性，在VRFBs负极应用中崭露头角。Chen等人通过氮掺杂策略调控了Ti3C2Tx MXene的碳层结构（图2a）。具体而言，将Ti3C2Tx-TPA与氯化铵按质量比1:15、1:25和1:35混合，分别制备了Ti3C2Tx-N/l、Ti3C2Tx-N/m和Ti3C2Tx-N/h，这些样品代表了MXene晶格内氮含量依次递增的序列。研究发现，引入氮原子不仅引发了MXene晶格畸变，还诱导了局部电子结构的重排（图2c–i）。这种结构调控效应不仅显著增强了电荷转移过程，还明显改善了电极的亲水性（图2b）。因此，改性后的电极即使在高达250mA/cm²下也能保持较高的工作效率。除了二维材料外，金属化合物催化剂，如氮化物，也受到了广泛关注。Cui等人开发了一种用氮化钒纳米棒（VNCF）改性的CF电极（图2j–m）。根据双电层理论，VN表面丰富的氮原子可作为负电中心，能够有效吸附带正电的钒离子（图2n），从而缩短反应物与电极表面之间的距离，加速电子转移过程（图2o）。 除复合催化剂外，直接金属沉积仍是一种有效的策略。Wei等人通过将铜离子引入电解液，实现了铜纳米颗粒在电极表面的同步电沉积，如图2p所示。这种高导电性金属铜可直接作为活性中心催化V³⁺/V²⁺反应，使电池的EE在300mA/cm²下达到80.1%；不过，金属催化剂有时在稳定性及析氢问题方面会面临挑战。此外，诸如二氧化钛等金属氧化物常被用于改善电极表面的亲水性。Hsiao等人通过尿素辅助沉积法将二氧化钛引入碳纤维上，并实现了氮掺杂。通过采用热还原工艺在纤维表面形成孔隙，他们实现了多孔结构、增强的亲水性及缺陷引入的协同效应，从而显著提升了阳极界面处钒离子的传输与反应速率。这些多样化的催化剂设计策略表明，调控电极表面的电子态、亲水性及微观几何结构是提升钒液流电池功率性能的关键所在。 综上所述，尽管负极改性技术旨在解决动力学迟缓及析氢副反应问题，但对现有策略的深入评估表明，这些方法仍面临诸多实际挑战。采用VN、MXenes或金属纳米颗粒（如Cu）的制备方法通常需要复杂的合成工艺且能耗较高，这引发了对其可扩展性、制造成本及重现性等方面的普遍担忧。此外，这类材料在强腐蚀性流动酸性环境中长期保持电化学与机械稳定性尚存疑问，可能面临铜纳米颗粒溶解或二维材料在数千次循环后发生结构降解等严重风险。相比之下，铋基催化剂则脱颖而出，成为大规模应用最具前景的解决方案之一。得益于独特的电子结构，这类催化剂不仅具备优异的氢抑制能力，还展现出高度稳定的催化活性。当与先进但适应性强的策略相结合时，如单原子色散、晶面工程和界面去耦，铋基方法为开发下一代、高功率密度和长寿命VRFB负极提供了最有前景和竞争力的途径之一。 图2(a)CF上Bi的催化机理示意图；(b)CF上Bi纳米片的原位电化学还原过程示意图；(c)催化剂设计原则，凸显了Bi单原子相较于Bi纳米颗粒在[V(H₂O)₆]³⁺/[V(H₂O)₆]²⁺反应中的优势；(d)Bi NPs/NC中Bi纳米颗粒的结构；(e)Bi SAs/NC中Bi–N₄基团的结构 1.1.2VO2+/VO₂⁺氧化还原反应 与负极处的单电子转移过程不同，正极上的VO2+/VO₂⁺氧化还原反应涉及复杂的氧原子转移及质子参与步骤。因此，正极催化剂的设计不仅需要提供电子传输通道，更重要的是需有效降低电极表面含氧钒离子的吸附能垒，并促进氧转移步骤。 过渡金属氧化物：早期研究主要聚焦于利用过渡金属氧化物来改善CF的表面性能。例如，氧化铅已被证明是一种高效的非贵金属氧化物催化剂。Wu等人通过脉冲电沉积法制备了氧化铅改性CF，利用氧化铅的高析氧过电位和优异导电性，在70mA/cm²下实现了82%的EE。类似地，Yun等人制备了均匀分布于CF表面的氧化镍纳米颗粒（图3a，b）。研究表明氧化镍中带局部负电荷的O₂⁻物种与带正电荷的钒离子之间存在强烈的静电亲和力，从而促进钒离子的优先吸附。此外，氧化镍与CF表面之间的相互作用提高了羧基（─COOH）的比例，这种表面化学性质的变化显著降低了电荷转移电阻。 高熵氧化物：Demeku等人利用鸡尾酒效应诱导晶格畸变并生成丰富的氧空位，成功制备了萤石结构的高熵(BiZrMoWCeLa)O₂纳米颗粒。这些氧空位可增强表面润湿性，并作为电活性位点降低V═O键形成的吉布斯自由能，从而显著降低电荷转移电阻。高熵氧空位策略在160mA/cm²下实现了73.34%的EE，并在超过500次循环后仍保持稳定运行。 晶体结构与缺陷工程：三氧化钼因独特的晶体结构和丰富的表面氧空位而展现出巨大潜力。Xie等人采用简单的浸渍–煅烧法将正交晶系三氧化钼沉积于CF上（图3c）。他们发现煅烧过程不仅引入了高活性的三氧化钼微晶，还显著增加了电极表面的含氧官能团（如C─OH和羧基）。该改性电极表现出优异的倍率性能，在高达250mA/cm²下仍能保持71.42%的VE（图3d），同时兼具出色的循环稳定性。 协同改性与精细缺陷工程进一步拓展了正极材料的性能边界。Hosseini等人报道了采用氮和三氧化钨改性的CF材料的协同效应：氮官能化可改善表面润湿性，而三氧化钨则促进氧和电子转移过程，从而在200mA/cm²下实现了70%的电荷效率。将缺陷工程推进至原子尺度，Zhang等人证实Mn3O4中的空位可诱导原子尺度极化，从而激活最近配位的Mn位点，形成*Mn-O-V桥接中间体，显著增强钒离子吸附能力与反应动力学，最终在300 mA/cm²下获得80.8%的EE。类似地，Bayeh等人采用氢处理的W18O49纳米线，利用其一维形貌及丰富的氧空位来提供大量活性位点并促进电荷传输。此外，为最大化金属利用率与活性位点暴露度，Huang等人开发了负载于整体多孔石墨烯薄膜上的铁单原子催化剂，该催化剂表现出更高的传质效率及对VO2+/VO₂⁺的优异本征催化活性。 Zhang等人近期的研究尤为值得关注。他们对MoS₂₋ₓ催化剂中单原子硫空位对正极（MoS₂-CF₋ₓ）的氧化还原动力学（其中x代表过氧化氢刻蚀时长，单位为秒）的基础影响进行了深入探究。研究并非盲目进行，而是首先基于d带中心理论采用高通量DFT计算，预测当硫空位浓度约为12.5%且刻蚀时间为300秒时，可获得最佳催化活性。受此理论指导，研究人员精确控制了化学刻蚀时间，在CF上原位生长的MoS₂纳米片上构建了高度分散的单原子硫空位。实际实验中实现的优化浓度（11.93%）与理论预测高度吻合。这些分散的硫空位诱导了Mo原子周围的电子重排，优化了d带中心的位置。这种电子结构优化显著增强了电极表面对VO2+/VO₂⁺物种的吸附能力，并强化了Mo─V键相互作用，从而大幅降低了反应能垒（图3e，f）。由此，该催化剂展现出优异性能，在300mA/cm²下，EE最高可达78.73%（图3g–i）。此外，该电池在相同电流密度下稳定运行超过500次循环，其EE衰减率仅为每循环0.002%（图3j）。 目前，正极材料最突出的改性策略是晶体结构调控与缺陷工程。正如正交晶系三氧化钼中丰富的氧空位以及MoS2-x中高度分散的单原子硫空位所示，精确设计的缺陷位点可显著提升反应动力学，确保电池即使在高电流密度下也能保持极高的EE和循环稳定性。未来的改性研究应聚焦于利用过渡金属氧化物（如氧化铅和一氧化镍）作为基础材料，借助其丰富的含氧官能团（如羧基）及较强的静电吸引作用来降低电荷转移电阻。 图3 CF电极表面形貌的SEM图像：(a)商业一氧化镍纳米颗粒经直接浸渍分散前的状态，(b)分散后的状态；(c)MoCF的合成路线；(d)CF与MoCF的电极效率（EE）；(e)MoS₂-CF-x电极的拉曼光谱；(f)MoS₂-CF-x样品的高分辨率Mo 3d谱图；(g)在300mA/cm²下测得的充放电曲线；(h)不同电流密度下的放电容量；(i)采用不同电极的VRFBs的电极效率；(j)配备MoS₂电极的VRFB装置在300 mA/cm²下的长期循环稳定性测试 1.2 ZRFBs 为寻找更具优势的液流电池，研究人员已将注意力转向其他类型。在众多候选方案中，ZRFBs凭借优异的安全性能、低廉的成本、环保特性以及较高的理论容量脱颖而出。尽管ZRFBs展现出巨大的市场潜力，但仍面临诸多实际挑战：正极处锌沉积的不均匀且不可控的枝晶生长，以及负极处发生的各类副反应，均会严重损害电池的稳定性。为解决这些问题，电极改性已成为一项关键策略。与VRFBs中电极改性主要旨在降低成本和提高EE不同，ZRFBs中电极改性的核心目标在于：减少电极腐蚀、抑制枝晶生长、缓解HER并减轻钝化现象，从而延长电池的使用寿命。在ZRFBs的充电过程中，Zn²⁺被还原为金属Zn并沉积于电极表面；而在放电过程中，金属锌则重新溶解为锌离子。 1.2.1 Zn–Br型RFBs：商业化进程的起点 Zn–Br型全固态电池具有放电速率快、深度放电能力强以及储能容量高等优点。该电池的正负两极半电池均采用相同的活性材料，可有效避免两电极之间的交叉污染。 在Zn-Br RFBs中，溴物种通过与络合剂相互作用而得以稳定，从而实现高电解液溶解度及理论比能量达428Wh/kg。然而，负极处溴氧化还原反应的相对缓慢动力学会导致显著的电化学极化。此外，溴的扩散还会引发自放电现象，在很大程度上限制了电池的EE和功率密度。为解决上述问题，近期研究主要聚焦于电极改性策略，旨在优化电极结构以提升电池的EE。典型实例包括设计双层CF或空心核–壳结构碳纳米球等构型。此类结构不仅能增强传质和反应活性，还可通过利用物理吸附或空间限域效应来抑制溴的扩散并减少自放电。