2024-2025年液流电池重点研究成果总结
（感谢何章兴教授校稿）
何章兴，男，1985年生，湖南浏阳人，中共党员，博士，教授，硕士生导师，河北省“杰出青年”基金获得者。2013年于中南大学获应用化学专业博士学位，2014年就职于华北理工大学化学工程学院。
教学方面，主讲本科生《化工制图》、《电化学原理》、《物理化学》等课程，主讲研究生《电化学测试技术》、《现代电化学》等课程，教学质量多次获省内优秀和校内优秀。本科生培养方面，指导国家级、省级、校级大创项目15项；指导“挑战杯”竞赛荣获国家三等奖和省级一等奖；指导“互联网+”竞赛荣获两项省级三等奖；多次荣获优秀班主任、毕业论文、大创项目及挑战杯优秀指导教师等称号。研究生培养方面，直接和协助指导20余名博士和硕士研究生，多人获得国家奖学金、省级和校级优秀硕士毕业论文。
科研方面，主要致力于能源与环境领域相关研究，具体包括全钒液流电池、水系锌离子电池、水系锂离子电池、废水处理等。主持国家自然科学基金、河北省自然科学基金杰出青年基金、河北省教育厅青年拔尖人才项目、华北理工大学杰出青年基金等课题。以第一或通讯作者在Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、ACS Energy Letters、Nano-Micro Letters、Energy Storage Material、ACS Nano、Chemical Engineering Journal、Journal of Energy Chemistry、Carbon、Journal of Materials Science and Technology等国内外SCI期刊发表学术论文110余篇，一区论文50余篇，曾入选ESI高被引论文20篇，热点论文8篇。担任Frontiers in Chemistry（二区期刊，IF=5.545）的客座编辑，主题为Low-Cost Electrochemical Energy Storage Devices: Zinc-/Sodium-Ion Batteries。荣获2020年度中国可再生能源学会科技进步奖二等奖。
1、钒原料中Ti4+、Fe3+、Cr3+对钒氧化还原液流电池电解液性能的影响（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：刘薇
通讯作者：何章兴
通讯单位：华北理工大学
感谢华北理工大学何章兴教授团队（第一作者：刘薇）校稿！
钒氧化还原液流电池（VRFB）作为大规模可再生能源存储技术具有明显潜力，但电解液的高成本限制了商业化进程。电解液的成本主要取决于钒提取所用原材料的纯度。钒钛磁铁矿是钒的主要来源，在电解液制备过程中，其核心资源元素Ti、Fe和Cr可能以Ti4+、Fe3+和Cr3+的形式引入。因此，理解杂质离子如何影响VRFB的性能至关重要。本研究，华北理工大学何章兴团队探讨了Ti4+、Fe3+和Cr3+对电解液电化学性能的影响。研究发现，适量的Ti4+可提高VO2+/VO2+氧化还原反应的电化学活性和动力学，并降低电荷转移电阻。Ti4+的引入使V2+/V3+的电化学性能略有提升，但增强效果并不明显。当Ti4+被引入含有Fe3+、Cr3+或混合Fe3+/Cr3+杂质的VO2+电解液时，实验结果表明Ti4+能有效减轻Fe3+、Cr3+及Fe3+/Cr3+对电解液电化学性能的不利影响。充放电测试进一步证明，相较于仅含Fe3+和Cr3+杂质的电解液，采用含Ti4+与Fe3+、Cr3+杂质的电解液的VRFB展现出更高的放电容量、能量效率和循环稳定性。
相关成果以“Effects of Ti4+, Fe3+, and Cr3+ originating from vanadium raw materials on the performance of vanadium redox flow battery electrolyte”为题发表在Electrochimica Acta期刊上。
2、金属有机框架衍生的金属氧化物@氮掺杂碳纳米球改性石墨毡电极赋能钒氧化还原液流电池（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：李琳 & 齐少天
通讯作者：何章兴
通讯单位：华北理工大学
感谢华北理工大学何章兴教授校稿！
钒氧化还原液流电池（VRFBs）中常用的石墨毡（GF）电极存在电化学动力学差和与电解液传质速率慢的问题，可能限制电池的能量效率。为解决此问题，华北理工大学何章兴团队采用硝基改性的铈有机框架（Ce-UiO-66-NO2）作为前驱体，通过高温碳化法制备了CeO2@N掺杂碳（CeO2-NC）原位改性GF电极。由于高比表面积为正负极氧化还原反应提供了丰富的反应位点，CeO2-NC展现出高催化活性。掺入CeO2和氮元素能有效增加活性位点数量，从而加速反应过程。与未改性电极组装的电池相比，CeO2-NC组装成VRFB在200 mA cm−2下实现了8.4%的能量效率提升。
相关成果以“Multifunctional effects of metal-organic framework derived metal oxide@nitrogen-doped carbon nanospheres on graphite felt electrodes for vanadium redox flow batteries”为题发表在Journal of Power Sources期刊上。
3、在钙钛矿表面构筑结构缺陷加速电极动力学赋能钒液流电池（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：张淑盼
通讯作者：何章兴&蒋浩然&蒋英巧
通讯单位：华北理工大学&天津大学
感谢华北理工大学何章兴教授校稿！
由于原始石墨毡（GF）的电化学性能不足，需要通过催化剂来提升钒氧化还原液流电池（VRFBs）的性能。华北理工大学何章兴/天津大学蒋浩然团队在钙钛矿AZrO3（A=Ca、Sr、Ba）中引入氧空位缺陷和A位缺陷等结构缺陷，以促进钒离子氧化还原反应的动力学过程。通过酸处理选择性刻蚀A位离子并释放晶格氧形成氧空位，结构缺陷不仅增加了活性位点，还增强了钒离子吸附能力，从而促进氧化还原反应。综合来看，SrZrO3展现出最佳电化学性能。SrZrO3-GF电池在200 mA·cm-2电流密度下达到64%的能量效率（EE），较GF电池提升14.3%。此外，该材料在长期测试中也表现出优异的稳定性，可完成500次充放电循环。
相关成果以“Constructing Structural Defects on Perovskite Surface to Accelerate Electrode Kinetics for Vanadium Redox Flow Batteries”为题发表在Small期刊上。
4、富催化位点的NiMoO4纳米棒原位改性石墨毡电极用于钒氧化还原液流电池（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：翟美香&陈星蓉
通讯作者：何章兴
通讯单位：华北理工大学
感谢华北理工大学何章兴团队（第一作者：陈星蓉）校稿！
钒氧化还原液流电池（VRFB）原始石墨毡电极较差的电催化活性严重阻碍了VRFB的能量密度和效率。在本工作中，华北理工大学何章兴团队使用富含活性位点的NiMoO4纳米棒对石墨毡进行原位改性，以获得高性能的VRFB。通过调节水/乙醇的比例和前驱体溶液的浓度来控制NiMoO4的棒径比和沉积形态，以获得均匀沉积在石墨毡表面上的最佳长度的NiMoO4纳米棒。丰富的微孔、Mo-O-Ni的双活性位点和额外的氧空位有效地增加了石墨毡的比表面积、活性位点的数量和亲水性，从而促进了VO2+/VO2+和V3+/V2+的电荷转移和传质性能。
相关成果以“NiMoO4 nanorods with rich catalytic sites in situ-modified graphite felt composite electrode for vanadium redox flow battery”为题发表在Rare Metals上。
5、金属有机框架基材料：氧化还原液流电池的可行路径（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：袁天兴
通讯作者：何章兴
通讯单位：华北理工大学
感谢华北理工大学何章兴教授团队（第一作者：袁天兴）校稿！
6、钒氧化还原液流电池电极前驱体工程（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：王尚昆
通讯作者：何章兴
通讯单位：华北理工大学
感谢华北理工大学何章兴教授团队王尚昆（第一作者）校稿！
7、双活性位点CoMoO4纳米片修饰的石墨毡电极用于钒氧化还原液流电池（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：程图康
通讯作者：何章兴
通讯单位：华北理工大学
感谢华北理工大学何章兴教授团队程图康（第一作者）校稿！
8、操控MXene界面处的局部电子结构微环境，实现钒氧化还原液流电池的高效负极（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：陈星蓉
通讯作者：何章兴
通讯单位：华北理工大学
感谢华北理工大学何章兴教授团队陈星蓉（第一作者）校稿！
9、钒氧化还原液流电池电解液杂离子和添加剂的研究进展与展望（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：Hanchao Zhou
通讯作者：何章兴
通讯单位：华北理工大学
10、钒氧化还原液流电池电极的主要障碍及优化策略（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：Lei Dai
通讯作者：何章兴
通讯单位：华北理工大学
11、一篇综述全面了解钒氧化还原液流电池三维电极材料（点击论文题目查看全文赏析）
12、钙钛矿中的可调B位阳离子用于调节钒氧化还原液流电池中的阳极反应动力学（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：Yingqiao Jiang
通讯作者：Zhangxing He（何章兴），Suqin Liu（刘素琴），Ao Tang（唐奡）
通讯单位：华北理工大学&中南大学&中科院金属研究所
13、弥合电荷间隙：Nb2CTx/Nb2O5肖特基异质结作为钒液流电池电极反应中的电子高速通路（点击论文题目查看全文赏析）
第一作者：袁天兴
通讯作者：何章兴
通讯单位：华北理工大学
感谢华北理工大学何章兴团队（第一作者：袁天兴）校稿！
钒氧化还原液流电池（VRFB）作为下一代储能系统的潜在技术，受限于钒离子的缓慢氧化还原动力学。通过实施界面工程策略对MXene表面进行功能化处理，可有效解决此挑战。本文，华北理工大学何章兴团队构建了Nb2CTx/Nb2O5肖特基异质结构，通过可控原位氧化促进VRFB电极的高速电荷传输。通过调节水热反应时间，可调控Nb2CTx纳米片表面Nb2O5纳米棒的负载量。密度泛函理论计算证实，Nb2CTx与Nb2O5之间形成的肖特基势垒导致内部电场的建立，并重构了表面活性位点的电子结构。Nb2CTx/Nb2O5电极丰富的多孔结构有效缩短了钒离子的扩散路径，优异的亲水性增强了钒离子与电极间的相互作用。与石墨毡相比，Nb2CTx/Nb2O5-2@GF电池在150 mA cm−2时能量效率（EE）提升20%，达到75%，且在800次循环后仍保持稳定性能。
相关成果以“Bridging the charge gap:Nb2CTx/Nb2O5 Schottky heterojunctions as electronic highways in vanadium redox flow battery”为题发表在Journal of Energy Chemistry期刊上。
【1】Wei Liu,Dejia Hao,Miaomiao Zhang,Fan Yang,Desheng Huang,Hanchao Zhou,Yinhui Wang,Ling Wang,Xiuli Han,Yingqiao Jiang,Zhangxing He Effects of Ti4+, Fe3+, and Cr3+ originating from vanadium raw materials on the performance of vanadium redox flow battery electrolyte,2025,Electrochimica Acta
【2】Lin Li, Shaotian Qi, Zemin Feng, Yingqiao Jiang, Lei Dai, Jing Zhu, Yongguang Liu, Wei Meng, Ling Wang, Zhangxing He, Multifunctional effects of metal-organic framework derived metal oxide@nitrogen-doped carbon nanospheres on graphite felt electrodes for vanadium redox flow batteries,2025,Journal of Power Sources
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.238586
【3】Shupan Zhang, Lianfeng Ma, Yufan Wu, Mingyuan Xie, Wei Liu, Haoran Jiang, Bingyao Du, Yingqiao Jiang, Ling Wang, Lei Dai, Jing Zhu, and Zhangxing He，Constructing Structural Defects on Perovskite Surface to Accelerate Electrode Kinetics for Vanadium Redox Flow Batteries,2025,Small
【4】Mei-Xiang Zhai, Xing-Rong Chen, Tu-Kang Cheng, Ying-Qiao Jiang,Ling Wang, Long Jiang, Ze-Min Feng, Lei Dai, Jing Zhu, Zhang-Xing He，NiMoO4 nanorods with rich catalytic sites in situ-modified graphite felt composite electrode for vanadium redox flow battery.2025,Rare Materials
https://doi.org/10.1007/s12598-025-03254-6
【5】Tianxing Yuan, Shaotian Qi, Lingzhi Ye, Yanqin Zhao, Yingqiao Jiang, Zemin Feng, Jing Zhu, Lei Dai, Ling Wang, Zhangxing He，Metal-organic frameworks-based materials: A feasible path for redox flow battery.2025,Coordination Chemistry Reviews
https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.216503
【6】Shangkun Wang, Yingqiao Jiang,* Zemin Feng, Yongguang Liu, Long Jiang,* Lei Dai,
Jing Zhu, Ling Wang, and Zhangxing He，Precursor Engineering for the Electrode of Vanadium Redox Flow Batteries.2024,Advanced Functions Materials
https://doi.org/10.1002/adfm.202418799
【7】Tukang Cheng, Shaotian Qi, Yingqiao Jiang, Zemin Feng, Long Jiang, Wei Meng, Jing Zhu, Lei Dai, Ling Wang, Zhangxing He. 3D cross-linked structure of dual-active site CoMoO4 nanosheets@graphite felt electrode for vanadium redox flow battery, Journal of Colloid and Interface Science (2024). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.12.079.
【8】Xingrong Chen, Lin Li, Yingqiao Jiang, Zemin Feng, Qiang Li, Long Jiang, Lei Dai, Ling Wang, Zhangxing He, Manipulating the local electronic structure microenvironment at the MXene interface to achieve efficient anode for vanadium redox flow battery，2024，Journal of Energy Chemistry
https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.11.062
【9】Hanchao Zhou, Wei Liu, Dejia Hao, Haoxuan Hong, Yinhui Wang, Qingjun Zhu, Ling Wang,Yingqiao Jiang, Zemin Feng, and Zhangxing He,Recent Advances and Perspectives of Impurity Ions and Additives for the Electrolyte of Vanadium Redox Flow Battery，2024，Energy&Fuels
https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.4c04194
【10】Lei Dai, Xingrong Chen, Tukang Cheng, Shaotian Qi, Jing Zhu,Zemin Feng, Ling Wang,Yingqiao Jiang, Yuehua Li, and Zhangxing He*,Major Obstacles and Optimization Strategies for the Electrode of Vanadium Redox Flow Battery，2024，ACS Materials Letters
https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.4c00517
【11】Lingzhi Ye, Shaotian Qi, Tukang Cheng, Yingqiao Jiang,Zemin Feng, Mingyong Wang,Yongguang Liu, Lei Dai, Ling Wang, and Zhangxing He,Vanadium Redox Flow Battery: Review and Perspective of 3D Electrodes
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c06675
【12】Yingqiao Jiang, Zihe Liu, Yujie Ren, Ao Tang, Lei Dai, Ling Wang, Suqin Liu, Yongguang Liu, Zhangxing He. Maneuverable B-site cation in perovskite tuning anode reaction kinetics in vanadium redox flow batteries. 2024, Journal of Materials Science & Technology
https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.12.005
【13】Tianxing Yuan, Xingrong Chen, Yanqin Zhao, Yingqiao Jiang, Bin Li,Ningning Zhao, Jing Zhu, Lei Dai, Ling Wang, Zhangxing He, Bridging the charge gap: Nb2CTx/Nb2O5Schottky heterojunctions as electronic highways in vanadium redox flow battery,2025, Journal of Energy Chemistry
https://doi.org/10.1016/j.jechem.2025.09.064