November 8, 2026

第一作者：李泓岠 通讯作者：王建辉 通讯单位：西湖大学 DOI：10.1016/j.ensm.2026.105562 感谢西湖大学王建辉团队（第一作者：李泓岠）校稿！ 工作简介 本研究开发了一种碱盐析策略，实现了阴极电解液、碱盐析液膜（ASOLM）、阳极电解液的三相电池结构。此设计避免了阴极电解液与阳极电解液的直接接触，并最大限度地减少了有机溶剂的使用，从而首次实现了基于液膜的水系液流电池。与传统的Nafion N212膜相比，ASOLM的活性物质渗透通量降低了3–4个数量级，而离子电导率提高了2.3倍，而成本仅为N212的0.07%。当应用于碱性锌铁液流电池（AZIFB）时，系统在2000次循环中表现出卓越的稳定性，且耐自放电能力较N212电池提高了173倍。此外，ASOLM在宽温、启停及振动条件下仍能稳定运行，解决了传统固体膜及无膜设计中长期存在的稳定性、离子选择性与成本之间的权衡问题，从而推动了AZIFB技术的实际应用发展。 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 【论文奖励】2026年9月液流电池论文奖励清单！ 【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 液流电池中，除固体膜改性外，一些研究还探索了通过自发或盐析诱导的液–液双相分层来构建无膜RFBs。尽管这些设计消除了膜的成本，但带来了三个主要缺点：(1)双相体系通常由水相和有机相组成，其中一方作为阴极电解液，另一方作为阳极电解液。这种配置需要大量使用有机溶剂，从而危及电池安全性和环境兼容性。(2)无膜设计要求有机相采用有机氧化还原物质，使其与全水系电池体系（如AZIFB）本质上不相容。(3)尽管正负活性物质在其各自相中被选择性溶解，但两相之间的直接接触不可避免地引发自放电和界面不稳定性，严重削弱电池的长期稳定性。因此，在不牺牲稳定性和离子选择性的前提下降低膜成本，仍是开发高性能AZIFB的关键挑战。 图1.ASOLM的设计原理与其应用于AZIFB的优势 核心内容 1.ASOLM的设计与优化 图2.碱盐析双相体系的设计与优化 磷酸三乙酯（TEP）兼具阻燃、低成本与低毒性等优点，是液膜设计的优秀候选溶剂。然而，TEP与水在常规状态下互溶，需加入盐析剂方能实现有机相—水相分层。根据经验性Hofmeister序列选用的常见强盐析剂（如MgSO4、(NH₄)₂SO₄及Na₂SO₄）均可诱导TEP–水分层。然而，pH调节剂的引入将导致以下问题：当向体系中加入NaOH时，MgSO4与(NH₄)₂SO₄会分别因化学反应导致Mg(OH)₂沉淀及氨释放；而在Na₂SO₄体系中，NaOH的溶解度上限仅为0.6 mol L⁻¹，无法满足ZnO溶解所需的最低OH⁻浓度（2 mol L⁻¹）。 有趣的发现是，碱金属氢氧化物本身也能诱导TEP与水之间形成双相分层。将等体积的TEP与不同浓度（1–5 mol L⁻¹）NaOH溶液混合后，均会发生自发分层现象，密度较大的碱液相沉降于有机相之下。随着NaOH浓度的增加，平衡分层后两相间的体积差逐渐减小。对三种常用碱金属氢氧化物（LiOH、NaOH与KOH）的比较表明，三者均具备强盐析能力，且稳定分层后碱液相中的碱溶解度均显著超过了ZnO溶解所需的2 mol L⁻¹阈值。然而，LiOH或KOH的存在会显著降低K₄Fe(CN)₆在水相中的溶解度，从而降低电解液能量密度。相比之下，NaOH对活性物质溶解度的影响最小。结合其最低的成本，NaOH被选作理想的碱盐析剂。 此外，将NaOH浓度从1增至5mol L⁻¹时，碱液相中K₄Fe(CN)₆与K₃Fe(CN)₆的溶解度分别从0.75与0.98 mol L⁻¹逐渐下降至0.35与0.46 mol L⁻¹。相比之下，ZnO则呈现相反趋势：当NaOH浓度低于2 mol L⁻¹时，ZnO几乎不溶；当NaOH浓度增至3 mol L⁻¹时，ZnO溶解度骤升至0.29 mol L⁻¹，这归因于Zn(OH)₂沉淀物与OH⁻进一步配位生成Zn(OH)₄²⁻离子；当NaOH浓度继续增至5 mol L⁻¹时，ZnO溶解度则逐渐上升至0.41 mol L⁻¹。显然，正、负活性物质的溶解度变化趋势相反，表明需要选择一个适中的碱盐析剂用量。由此进行计算，采用3 mol L⁻¹NaOH溶液制备的电解液可获得最高的理论能量密度（26.0 Wh L⁻¹），与传统的AZIFB电解液相当。综上所述，由3 mol L⁻¹NaOH制备的有机–碱性双相体系，不仅提供了具有最高理论能量密度的碱性相，还能形成可有效阻隔活性物质的有机层，从而一步得到AZIFB所需的电解液基底与碱盐析液膜（ASOLM）。