2025年液流电池重点研究成果总结
（感谢中科大杨正金教授校稿）
徐铜文，男，1967年8月生，汉族，民建会员，安徽省霍邱县人。现任中国科学技术大学化学与材料科学学院教授。1989年获合肥工业大学学士学位，1992年获合肥工业大学硕士学位，1995年获天津大学博士学位。1997年南开大学高分子化学博士后流动站出站后进入中国科学技术大学工作，期间先后在日本东京大学、东京工业大学和韩国光州科技研究院进行合作研究，先后当选英国皇家化学会会士，中国化工学会会士，中国化学会会士。2025年当选中国科学院院士。
徐铜文教授长期致力膜化工研究，在离子膜基础研究、产业化及其在储能、氢能和过程工业低碳变革应用方面取得了系统的创造性成果。在《自然》等期刊发表论文600余篇，2014-2024连续十一年入选爱思唯尔高被引作者名单，多次入选美国斯坦福大学和爱思唯尔数据库发布的“全球前2%顶尖科学家榜单”（在2024年的“终身科学影响力排行榜”中，位居全球化工第12位）；获授权发明专利110件；成果获国家技术发明二等奖1项、省部级及行业协会一等奖7项，曾获全国五一劳动奖章和侯德榜化工科学技术成就奖、国务院政府特殊津贴等荣誉。
第一作者：刘亚华
通讯作者：杨正金&左培培
通讯单位：中国科学技术大学
感谢中国科学技术大学徐铜文院士团队（第一作者：刘亚华老师）校稿！
如何实现质子渗透率与选择性的同步提升，始终是离子传导膜面临的重大挑战。本研究，中国科学技术大学徐铜文院士团队通过构建基于三嗪框架的刚性亚纳米孔通道膜，成功实现质子渗透率与选择性的同步提升。三嗪框架膜结合了由三嗪单元构成的氢键网络与荷电功能基团的亲水性，既保证了质子高效传输，又通过尺寸排阻效应和静电排斥作用实现高离子选择性，打破了传统浓度梯度驱动酸回收膜中渗透性与选择性之间的常规权衡，展现出高达5.0±0.3×10⁻³m·h⁻¹的H⁺渗透系数和3600±700的H+/Fe2+选择性。在全钒液流电池测试中，膜性能超越了大部分已报导的隔膜，峰值功率密度高达698 mW cm⁻²。长期稳定性过程中，库伦效率和能量效率分别接近100%和80%，每个充放电循环中的容量衰减率降至0.055%。
相关成果以“Triazine framework membranes tailored for fast and selective proton transport”为题发表在Journal of Membrane Science期刊上。
2 、氟化工程膜打破水系有机氧化还原液流电池的传导性-选择性权衡
第一作者：朱沁珊
通讯作者：徐铜文
通讯单位：中国科学技术大学
感谢中国科学技术大学徐铜文院士团队（第一作者：朱沁珊）校稿！
离子交换膜是水系有机氧化还原液流电池（AORFBs）的关键组件，但存在一个根本性的矛盾：高离子亲和性膜虽然传导性能优异，但由于同时吸附水分和有机活性物质，容易因溶胀导致选择性降低。为解决这一问题，中国科学技术大学徐铜文院士团队开发了一种氟化工程聚合物结构策略，并通过氟化聚（芳基亚烷基）阴离子交换膜进行了验证。氟元素的引入具有双重优势：其一，形成互连的离子通道并抑制溶胀现象，在低水合度（λ<4.5）条件下仍能保持高传导性；其二，同时降低了对氧化还原活性材料的亲和力，使得甲基紫精等物质的渗透率明显降低，例如其渗透率仅为4.0×10−12cm²·s−1，分别比无氟对比样和商用DSV膜低50倍和425倍。优化后的膜材料使pH中性的AORFB展现出低容量衰减率（每循环0.00077%），性能比现有系统提升1-3个数量级。
相关成果以“Fluorine-Engineered Membranes Break the Conductivity-Selectivity Trade-Off in Aqueous Organic Redox Flow Batteries”为题发表在Angewandte Chemie International Edition期刊上。
3、丙烯基桥联双联吡啶电解质用于长寿命水系有机氧化还原液流电池
第一作者：唐珙根
通讯作者：徐铜文&杨正金
通讯单位：中国科学技术大学
感谢中国科学技术大学徐铜文院士团队（第一作者：唐珙根）校稿！
水系有机氧化还原液流电池（AORFBs）是一种能够低成本、大规模存储可再生能源的技术，而最广泛使用的负极电解质联吡啶衍生物会发生各种副反应，导致电池寿命严重缩短。本文，中国科学技术大学徐铜文院士团队提出了一种策略促进还原联吡啶电解质分子内自由基π-二聚体的形成，并在充放电过程中稳定自由基中间体，从而显著提高电池寿命。密度泛函理论计算表明，电解质M-bisV和TMAP-bisV的自由基π-二聚体的形成过程中吉布斯自由能变化为-101.49 kJ mol-1和-103.90 kJ mol-1，而甲基紫精（MV）仅为-14.36 kJ mol-1。电子顺磁共振和紫外–可见光谱研究证实了M-bisV和TMAP-bisV自由基的分子内π-π堆叠显著提高，且在液流电池测试中M-bisV和TMAP-bisV的电解质稳定性相比于MV提高了一个数量级以上。其中，TMAP-bisV的理论体积容量密度达66.5 Ah L-1，且在1.5 M e–时表现出可忽略的容量衰减。
相关成果以“Propylene-Bridged Associative Bis(bipyridinium) Electrolytes for Long-Lifetime Aqueous Organic Redox Flow Batteries”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。
第一作者：左培培
通讯作者：徐铜文
通讯单位：中国科学技术大学
感谢中国科学技术大学徐铜文院士团队（第一作者：左培培）校稿！
第一作者：李兴亚&左培培
通讯作者：徐铜文
通讯单位：中国科学技术大学
感谢中国科学技术大学徐铜文院士团队（第一作者：李兴亚，2024年优青）校稿
第一作者：唐珙根&彭康
通讯作者：杨正金&徐铜文
通讯单位：中国科学技术大学
感谢中国科学技术大学徐铜文院士团队（第一作者：唐珙根）校稿！
可再生能源在现代社会脱碳进程中扮演着关键角色，但固有的间歇性特征阻碍了并网整合。为此，需要开发大容量电网级储能技术来平衡电力供需失衡。水系有机氧化还原液流电池（AORFBs）已成为最具潜力的长时电网级储能装置，具备功率与能量解耦、安全性高、成本低廉、设计可扩展性强以及电解质选择范围广等优势。然而，AORFBs的发展与实际应用仍受限于正极材料的特性，普遍存在稳定性不足、氧化还原电位偏低、结构多样性有限及操作灵活性欠佳等问题。本文，中国科学技术大学徐铜文院士团队系统梳理了AORFBs正极材料的研发进展与分子设计策略，重点探讨了当前取得的突破性成果与面临的挑战，并展望了该领域的未来研究方向。
相关成果以“Potential Posolytes for Aqueous Organic Redox Flow Batteries”为题发表在Advanced Energy Materials期刊上。
7、化学调控实现快速阴离子传导的高选择性框架聚合物膜
第一作者：方骏凯&张国桢
通讯作者：徐铜文&杨正金
通讯单位：中国科学技术大学
感谢中国科学技术大学徐铜文院士团队（第一作者：方骏凯）校稿！
第一作者：陈思宇
通讯作者：杨正金
通讯单位：中国科学技术大学
感谢中国科学技术大学徐铜文院士团队（第一作者：陈思宇）校稿！
pH中性水系有机液流电池（AORFBs）的实际应用取决于高性能离子交换膜的开发，而膜电导率与选择性之间的权衡仍是膜设计面临的重大挑战。在此，中科大徐铜文院士团队通过将刚性平面的9,10-二苯基蒽（DPHA）基团引入膜骨架，设计了一系列专为pH中性AORFBs设计的阴离子交换膜。DPHA的引入可诱导强烈的分子间π-π相互作用，驱动带正电功能基团的聚集并增强膜的尺寸稳定性，同时促进了明确且均匀分布的离子传导路径的形成。因此，代表性QTPDA-30%膜实现了0.52 Ω cm²的面电阻，并稳定运行超过700次循环（大于240小时），每循环容量衰减率仅为0.00125%（每日0.08%）。
相关成果以“π-π Interaction Engineered Membranes for pH-Neutral Aqueous Organic Redox Flow Batteries”为题发表在Advanced Functional Materials期刊上。
【1】Yahua Liu, Zhaoxi Shen, Junkai Fang, Jing Wu, Ruibo Gao, Jincheng Liu, Jin Ran,Xu Zhang, Wenyu Lian, Xiaoyu Li, Peipei Zuo, Tongwen Xu, Zhengjin Yang, Triazine framework membranes tailored for fast and selective proton transport,2025,Journal of Membrane Science
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2025.124820
【2】Qinshan Zhu, Linhan Ni, Kang Peng, Jiaxin Liu, Wenbo Wu, Guifeng Liang, Zhenwei Zhang,Fangmeng Sheng, Peipei Zuo, and Tongwen Xu,Fluorine-Engineered Membranes Break the Conductivity-Selectivity Trade-Off in Aqueous Organic Redox Flow Batteries,2025,Angew. Chem. Int. Ed
doi.org/10.1002/anie.202510497
【3】Gonggen Tang, Kang Peng, Yahua Liu, Junkai Fang, Wenyi Wu, Zhengjin Yang, and Tongwen Xu，Propylene-Bridged Associative Bis(bipyridinium) Electrolytes for Long-Lifetime Aqueous Organic Redox Flow Batteries. 2025, Angewandte Chemie International Edition
10.1002/anie.202501458
【4】Peipei Zuo,and Tongwen Xu，Constructing Hydrophilic Polymer Membranes with Microporosity for Aqueous Redox Flow Batteries.2025,ChemSusChem
10.1002/cssc.202402562
【5】Xingya Li, Peipei Zuo, Xiaolin Ge, Zhengjin Yang and Tongwen Xu,Constructing new-generation ion exchange membranes under confinement regime,2024,National Science Reviews
https://doi.org/10.1093/nsr/nwae439
【6】Gonggen Tang, Kang Peng, Zhengjin Yang, and Tongwen Xu, Potential Posolytes for Aqueous Organic Redox Flow Batteries, 2025, Advanced Energy Materials
https://doi.org/10.1002/aenm.202504207
【7】Junkai Fang, Guozhen Zhang, Marc-Antoni Goulet, Peipei Zuo, Yu Zhou, Hui Li, Jun Jiang, Michael D. Guiver, Zhengjin Yang & Tongwen Xu, High selectivity framework polymer membranes chemically tuned towards fast anion conduction, Nature Communications, 2025, 16, 3282
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-58638-0
【8】Siyu Chen Kang Peng Wenhao Zou Xinchi Ma Rene Ling Shuo Yang Zhengjin Yang Tongwen Xu，π-π Interaction Engineered Membranes for pH-Neutral Aqueous Organic Redox Flow Batteries,2025,Advanced Functional Materials
https://doi.org/10.1002/adfm.202528708