September 3, 2026

第一作者/通讯作者：昙艳 共同通讯作者：郭雷 通讯单位：铜仁学院 DOI: 10.1021/acsami.6c12815   工作简介 针对碱性锌锰液流电池（AZMFB）中锌沉积不均、枝晶生长、“死锌”累积及界面极化等关键难题，铜仁学院材料电化学与表界面工程团队构建了由商业碳毡（CF）与双氧化物改性静电纺丝碳纳米纤维（CNF）组成的层级多孔复合负极。研究通过静电纺丝—预氧化—碳化工艺，将ZnO和SiO2原位引入N掺杂CNF骨架：宏观碳毡保障电解液快速流动，交织的CNF网络扩大电化学活性面积并均化局部电场，ZnO/SiO2和含N位点提供亲锌成核位点，其中双氧化物还可增强纤维膜的机械柔韧性。得益于多尺度结构与界面化学的协同作用，该复合电极将Zn成核过电位由CF上的33.6 mV降至2.3 mV，显著抑制枝晶及副反应，推动Zn均匀、可逆沉积。在60 mA cm−2下，采用CNF+CF复合负极的AZMFB稳定循环超过50,000圈，50,000圈后能量效率仍保持约80%，展现出面向高功率、长寿命锌基液流储能的应用潜力。 相关成果以“Dual-Oxide-Modified Electrospun Carbon Nanofibers Enabling Hierarchically Porous Composite Electrodes for Regulated Zinc Deposition in Zinc-Manganese Flow Batteries”为题，发表于发表于美国化学会旗下材料与界面领域期刊ACS Applied Materials & Interfaces（AMI）。本研究工作得到贵州省基础研究计划、铜仁学院研究生创新基金、贵州省高层次人才培养支持工程科技创新领域青年拔尖人才计划等项目资助，以及铜仁学院分析测试中心、贵州省锰系新型功能材料技术创新中心等科技创新平台的大力支持。 感谢铜仁学院郭雷教授团队供稿！ 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》 研究背景 随着风电、光伏等可再生能源加速并网，电力系统对安全、低成本、长寿命的大规模储能技术提出了更高要求。碱性锌锰液流电池凭借锌、锰资源丰富、原料成本较低、水系体系安全性较高以及适合连续流动与规模化固定式储能等特点，被认为是固定式规模储能的潜在技术路线之一。然而，在充放电过程中，Zn沉积/剥离容易受到局部电场与离子通量不均的影响，由此引发枝晶生长、腐蚀、析氢、钝化及“死锌”累积。枝晶脱落会造成活性Zn持续损失并加速容量衰减；持续生长的枝晶还可能堵塞流道、刺穿隔膜并诱发内短路，进而威胁电池的循环寿命、能量效率与运行安全。商业碳毡虽具有成本低、导电性好和化学稳定性高等优势，但其表面润湿性不足、有效活性面积有限，易导致局部电流集中和无序Zn成核。因此，如何通过电极结构设计和界面调控同时改善电解液传输、均化电流分布并提供稳定的锌亲和成核位点，是提升锌锰液流电池寿命、效率与安全性的核心问题。 图1 双氧化物改性CNF的制备及其在锌锰液流电池中的应用示意图 核心内容 1. 双氧化物改性CNF构筑层级多孔柔性复合电极 研究采用静电纺丝、预氧化和高温碳化相结合的方法制备功能化CNF，并进一步与传统CF构建CNF+CF复合电极。通过在PAN前驱体系中引入Zn(Ac)2和TEOS，实现ZnO与SiO2在N掺杂CNF骨架中的原位负载。通过系统调控Zn(Ac)2/TEOS比例及碳化温度，最终确定Zn(Ac)2/TEOS=1:2、900 ℃碳化的CNF-900为最优样品。该纤维膜在弯曲、卷绕和折叠过程中均能保持完整网络，为与商业碳毡复合及液流电池装配提供了良好的力学基础。 如图2所示，Raman结果表明，随着碳化温度升高，ID/IG由700 ℃时的1.6降至900 ℃时的1.2，表明碳骨架有序度明显提高；CNF-900的电导率进一步达到9.04 S/mm。孔结构测试揭示出以约5 μm大孔和约40 nm介孔为代表的介孔—大孔层级结构，可分别服务于电解液快速浸润/传质和界面活性面积拓展。XPS证实了N掺杂以及ZnO、SiO2功能组分的存在。更为重要的是，电解液在CF表面的接触角约为136.3°，而在CNF-900表面仅为36.1°，显示出显著改善的界面润湿性。 图2 CNF-900与CF的结构、化学组成、孔道特征及界面润湿性   2. 多位点协同降低Zn成核能垒并改善界面反应动力学 […]