October 8, 2026

第一作者：韩梓腾&刘薇 通讯作者：何章兴&王印会 通讯单位：华北理工大学 DOI：10.1021/acs.energyfuels.6c03105 感谢华北理工大学何章兴团队（第一作者：韩梓腾）校稿！ 工作简介 本研究采用NH4Cl作为电解质添加剂。实验结果表明与空白电解质相比，正极电解质的热稳定性提升了16.98%。电化学测试显示NH4Cl添加剂显著提升了VO2+/VO2+与V3+/V2+的电化学活性及反应动力学，同时降低了电荷转移电阻。NH4Cl的最佳添加浓度为0.05mol L⁻¹。在此浓度下，使用含NH4Cl电解质的电池在150mA cm⁻²的循环测试中，初始放电容量增加18.6%，EE提升6.1%，且仍保持优异的循环稳定性。此类性能提升的可能原因如下：添加NH4Cl可形成V−Cl配位结构，从而增强正极电解液的热稳定性；同时，更多氮和氧元素被引入电极表面，为电极反应提供更多活性位点，进而提升电解液的电化学性能。 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 【论文奖励】2026年8月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年7月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年5~6月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年4月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年3月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年2月液流电池论文奖励清单！ 研究背景 VRFB的大规模工业化仍面临以下关键瓶颈。首先，电解液的温度敏感性导致钒离子在高温（>40°C）下易形成五氧化二钒沉淀，而在低温（<5°C）下则易结晶。其次，受电解液固有性质的限制，其离子电导率相对较低，制约了VRFB功率密度的进一步提升。第三，钒离子的跨膜迁移会导致电池容量衰减。第四，高纯度钒原料成本相对较高，而低纯度原料可能引入杂质，进而影响电池的长期性能。最后，现有电极改性方法在提升反应动力学方面效果有限，因此亟需探索更有效的添加剂。针对上述问题，电解质添加剂工程因其高成本效益及良好的工艺兼容性，被视为工业化进程中最具前景的优化路径。通过引入功能性添加剂，可针对性调控电解质的溶解度、黏度及电化学活性，从而突破现有技术的性能瓶颈。 核心内容 1.NH4Cl对VRFB电解质理化性质的影响 1.1.紫外–可见光谱分析 图1.a)电解质制备与测试示意图；(b)不含及含0.05mol L⁻¹NH4Cl的V³⁺/VO²⁺电解质的紫外–可见光谱；(c)含不同浓度NH4Cl的VO²⁺电解质的粘度；(d)含不同浓度NH4Cl的V³⁺电解质的粘度；(e)含不同浓度NH4Cl的VO²⁺电解质的电导率；(f)含不同浓度NH4Cl的V³⁺电解质的电导率；(g)含不同浓度NH4Cl的VO2+电解质在50°C下开始析出V2O5所需时间 引入NH4Cl后，电解液中紫外光谱吸收峰的位置及吸光度强度仅发生轻微变化。V³⁺与VO²⁺的特征吸收峰分别出现在400nm与770nm处。结果表明在无充放电条件下，NH4Cl与钒离子间的相互作用较弱，因而对钒离子的配位状态及价态无显著影响，证实NH4Cl可在VRFB电解液中稳定存在。 1.2.NH4Cl浓度对电解质黏度的影响 在VO₂⁺和V³⁺电解液中，随着NH₄Cl浓度的增加，粘度先降低后升高，但总体粘度仍低于空白电解液。当NH₄Cl浓度为0.05mol L⁻¹时，VO²⁺与V³⁺电解质的粘度均降至最低值，较空白电解质分别降低10.5%与14.6%。可能原因为：在较低NH4Cl浓度下，动态NH₄⁺−H₂O氢键以及钒离子、水分子及其他离子的局部溶剂化环境重构，可降低体系粘度。随着NH4Cl浓度进一步增加，该网络重构过程逐渐趋近饱和状态，而离子强度升高、瞬时离子缔合及水合水分子竞争作用，则逐步限制离子与溶剂分子的协同运动，导致粘度在0.07mol L⁻¹时出现轻微回升。当NH4Cl浓度为0.05mol L⁻¹时，体系粘度达到最低值。 1.3.NH4Cl浓度对电解质电导率的影响 在VO₂⁺和V³⁺电解质中，电导率均随NH₄Cl浓度的增加先上升后下降。当NH₄Cl浓度为0.05mol L⁻¹时，电导率分别达到峰值492.61mS cm⁻¹和382.70mS cm⁻¹。电导率的初始上升归因于更多自由离子的引入以及粘度降低所导致的离子迁移率增加。当NH₄Cl浓度进一步增至0.07mol L⁻¹时，粘度回升及增强的离子–离子相互作用部分限制了离子迁移率，导致电导率轻微下降。因此，在所研究的浓度范围内，0.05mol L⁻¹的NH₄Cl提供了最适宜的离子传输性能。然而，0.07mol L⁻¹NH₄Cl电解质的电导率仍高于空白电解质。添加NH₄Cl可优化电解质中的离子分布，减小局部浓度梯度，从而降低浓度极化效应，使电导率测量结果更加稳定。 1.4.NH4Cl对二氧化钒热稳定性的影响 不同浓度NH4Cl对VO₂⁺电解质稳定性的影响表明空白VO₂⁺电解质仅能稳定维持53小时，而含NH4Cl的VO₂⁺电解质在50°C恒温水浴中的稳定时间均有所延长；当NH4Cl浓度为0.05mol L⁻¹时，VO₂⁺电解质的稳定时间可达62小时以上。结果表明NH4Cl可提升VO₂⁺电解质的热稳定性。   2.NH4Cl对VRFB正极电解质电化学性能的影响 图2.a)不同NH4Cl浓度下VO2+电解液的CV曲线及(b)相应性能参数；(c)空白VO2+电解液与分别添加(d)0.02mol L⁻¹、(e)0.05mol L⁻¹及(f)0.07mol L⁻¹NH4Cl的电解液在不同扫描速率下的CV曲线；(g)空白VO2+电解液及不同NH4Cl浓度电解液的峰电流与扫描速率平方根的线性拟合图，以及计算所得钒离子扩散系数；(h)空白VO₂⁺电解液及不同NH4Cl浓度电解液在0.85V电位下的EIS谱图及等效电路模型；(i)关键参数对比 电化学测试表明未添加NH4Cl的空白电解液具有最低的峰电流响应值，其氧化峰电流密度（Iₚₐ）与还原峰电流密度（Iₚc）分别为49.93mA cm⁻²和31.00mA cm⁻²。引入NH4Cl后，电解液的Iₚₐ与Iₚc均提升至不同水平：当电解液中NH4Cl浓度为0.05mol L⁻¹时，Iₚₐ达到54.81mA cm⁻²，Iₚc达到35.02mA cm⁻²，二者均达到最大值。与空白电解液相比，两项指标分别提升9.77%与12.97%。另一方面，空白电解液的Iₚₐ/Iₚc比值为1.61，峰电位差（ΔEₚ）为0.432V；而含0.05mol L⁻¹NH4Cl的电解液其Iₚₐ/Iₚc比值为1.57，ΔEₚ降至0.270 V。结果表明引入NH4Cl不仅能增强VO2+/VO2+氧化还原反应的活性，还可提升其可逆性。 此外，随着扫描速率的增加，含不同浓度NH4Cl电解液的Ipa与Ipc峰电流均呈现持续上升趋势。峰形相对对称，ΔEp大于59 […]