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第一作者：左泽福 通讯作者：丁聪 通讯单位：华中农业大学 成果简介 尽管全钒液流电池具有大规模储能的潜力，但正极电解液中VO 2+的热稳定性差仍然是商业化的关键障碍。本研究，华中农业大学丁聪团队报道了Na2H2P2O7 (SPD)磷酸盐电解液添加剂，对全钒液流电池电解液和电化学性能有明显提升。实验结果表明，SPD具有多个配位点，能与VO2+形成稳定的V-O-P配合物，经拉曼光谱和51V-NMR表征证实，SPD抑制V-O-V二聚并减轻钒离子交叉。此外，SPD在碳毡电极上诱导杂原子掺杂，增加活性位点并优化界面反应动力学。组装的钒液流电池在50℃下超过100次循环的容量保持率提高了46.5%。 相关成果以“Sodium pyrophosphate dibasic (Na2H2P2O7) as an efficient stabilizer of positive electrolyte: Enabling robust vanadium flow battery operation”为题发表在Journal of Power Sources期刊上。 感谢华中农业大学丁聪团队供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统 （YTH-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 磷酸盐类添加剂因其对VO2+电解液有极高的热稳定性，且对电解液无明显有害，现已被视为钒液流电池电解液理想的添加剂之一。尽管磷酸盐添加剂已应用于钒液流电池电解液中，但其作用机制尚不清楚。因此，有必要深入探究磷酸盐与钒电池电解液的相互作用的影响。本研究，华中农业大学丁聪团队报道了Na2H2P2O7(SPD)作为全钒液流电池电解液添加剂，实验表明SPD明显提高了电解液热稳定性，经拉曼光谱和51 V-NMR证实了SPD具有多个配位点，能与VO 2+形成稳定的V-O-P配合物，抑制V-O-V二聚并减轻钒交叉。此外，SPD在石墨毡电极上诱导杂原子掺杂，增加活性位点并优化界面反应动力学。组装的钒液流电池在50℃下超过100次循环，容量保持率提高了46.5%。在150 mA cm-2和25 ℃下循环第100圈环时维持84%的能量效率和65%的放电容量保持率。   核心内容 1、SPD在电解液中的稳定机理 团队通过以Na2H2P2O7为钒电解液添加剂。H2P2O72-与[VO2(H2O)3]+形成稳定的V-O-P复杂配合物，抑制V-O-V二聚并减轻钒交叉。能有效提高电解液热稳定性(图1a)。 如图1b所示，SPD显著延长了沉淀开析出时间，其热稳定性与其浓度呈正相关。在45 ℃，50 ℃和55 ℃下，添加0.04 M SPD五价钒电解液分别比原始电解液延长了8.5天、36.2小时和13.2小时。在50℃热稳定性测试中收集的红色沉淀物中。通过XRD表征所得沉淀物均表现出相同的晶相，与PDF标准卡片对比均为V2O5 (PDF#-89-0912) (图1c)。如图1d所示，紫外光谱测试表明，在含SPD的电解液中，没有观察到新的吸收峰，表明SPD与V3+/VO2+电解液未发生副反应。透射电子显微镜（TEM）观察发现，与原始电解液相比，添加0.04 M SPD的V2O5晶粒尺寸明显更小，高倍透射电子显微镜(HRTEM)图像显示出明显的晶格条纹，晶面间距为0.27 nm，对应于V2O5 (111)晶面(图1e-g)。 图1.（a）SPD稳定VO 2+电解液的机理图。（B）VO 2+电解液在45、50和55 ℃下析出V2O5沉淀时间。（c）在50 ℃下有无SPD的VO2+电解液中形成的沉淀物的XRD图谱。（d）1.7 M […]

第一作者：苏乙&曾鹏瑾 通讯作者：孙菲&郭玉海 通讯单位：浙江理工大学 成果简介 为推进钒氧化还原液流电池（VRFBs）的大规模应用，开发兼具低成本与高性能的质子交换膜（PEMs）已成为当前研究的关键焦点。本研究设计并构筑了一种由磺化聚芳醚砜（SPAES）调控的低钒渗透质子交换膜，成功实现了化学稳定性和导电性的平衡。通过等质量比共混SPAES与磺化聚醚醚酮（SPEEK）制备的S₁K₁膜表现出优异的综合性能。其离子选择性（8732.74 S·min⁻¹·cm⁻³）和质子电导率（392.1 mS·cm⁻¹）均显著优于N212膜（20.12 S·min⁻¹·cm⁻³，213.9 mS·cm⁻¹），且钒离子渗透率仅为0.499×10⁻⁸ cm²·min⁻¹。此外，采用S₁K₁膜组装的VRFB在80 mA·cm⁻²电流密度下，经过100次充放电循环后，能量效率仍稳定维持在约70%，并可在>0.8 V的工作电压下持续运行445 h。在350 mA·cm⁻²电流密度下，该电池的最大功率密度达到973.51 mW·cm⁻²（N212膜为916.2 mW·cm⁻²）。该共混膜有效整合了SPAES与SPEEK的材料优势，同时兼具高质子电导率和优异的抗钒渗透性能。其制备工艺简单，原料成本低廉，展现出良好的应用前景，有望加速VRFBs的商业化进程。 感谢浙江理工大学郭玉海团队（第一作者：苏乙）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1） 及钒液流电池电解液 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 随着环保意识增强，可再生能源占比提升，开发高效大规模储能技术已成为迫切需求。钒氧化还原液流电池（VRFB）因其功率-容量解耦、长循环寿命、高安全性和环境友好性在大规模储能领域备受关注。其中，质子交换膜是VRFB的核心部件，但现有Nafion膜成本高昂且钒离子渗透率较高，制约了其广泛应用。理想的膜应兼具高离子选择性、高质子电导率、低钒渗透率、优异化学稳定性和低成本。开发低成本、高性能的非氟化质子交换膜是当前研究热点。磺化芳香族聚合物，如磺化聚芳醚砜（SPAES）和磺化聚醚醚酮（SPEEK），因其低原料成本、简单制备工艺和互补性能，成为替代Nafion膜的有力候选材料。SPAES具有优异的化学稳定性和机械强度，但质子电导率较低；SPEEK质子电导率高，却存在尺寸稳定性较差的问题。通过SPAES与SPEEK共混调控，可有效整合两者优势，实现结构稳定性和电池性能的优化平衡。 本文采用后磺化法合成SPAES和SPEEK，并通过溶液流延技术制备了SPAES调控的S₁K₁共混质子交换膜。该膜利用SPAES的刚性砜骨架增强机械稳定性，同时借助SPEEK的高磺酸基团构建高效质子传输通道，解决了高质子电导率与低钒渗透率之间的权衡问题。所制备的S₁K₁膜具有优异的离子选择性（8732.74 S·min⁻¹·cm⁻³）、高质子电导率（392.1 mS·cm⁻¹）和极低的钒离子渗透率（0.499×10⁻⁸ cm²·min⁻¹）。本研究制备的质子交换膜可为液流电池的大规模商业化提供新的材料解决方案，促进钒氧化还原液流电池技术的广泛应用和可持续发展。   核心内容 （1）共混膜的形态结构分析 SPAES与SPEEK共混制备的SK膜在形貌结构方面表现出显著优势。所制备膜的表面与横截面形态如图2（a-c）所示，表面光滑致密（图2a-c），横截面呈现均匀致密结构，无分层、相分离或裂纹（图2a1-c1）。这表明SPAES与SPEEK具有优异的相容性，有利于在共混过程中形成紧密互穿网络结构，从而提升SK膜的机械强度。元素映射分析进一步显示，O和S元素在膜中分布均匀，为相容性提供了有力证据。表面与横截面的均匀性表明，SPAES的磺酸基与SPEEK的酮基可通过氢键或静电相互作用增强界面结合，有效抑制宏观相分离。本研究成功制备了结构致密的SK膜，为VRFB稳定运行提供了可靠材料基础。 为进一步表征膜的化学结构，进行了FT-IR测试，结果如图2（d）所示。SPAES（绿线）在1760 cm⁻¹处的特征峰归因于砜基（-SO₂-）氧化形成的磺酸酐，为SPAES的独特特征。SPEEK（紫线）在1100 cm⁻¹处的峰对应磺酸基S-O对称伸缩振动与醚键的相互作用，925 cm⁻¹处的峰则为间位取代芳香环的C-H振动，为SPEEK的特征峰。此外，1585、1470和1020 cm⁻¹处的峰分别对应芳香环C=C的不对称/对称伸缩振动及磺酸基S=O的对称伸缩振动，均为芳香结构和磺酸基的特征吸收。这些结果表明SPEEK与SPAES形成了物理共混物，功能基团在共混过程中保持不变。 图2（a）SPAES、（b）SPEEK和（c）S₁K₁膜的表面与横截面形貌以及所制备PEM的FT-IR谱图   （2）共混膜的性质表征 1. 吸水率（WU）和溶胀比（SR） 膜结构的稳定性对于VRFB的应用至关重要。水作为质子传输的载体和亲水通道的关键组分，对PEM的质子电导率影响显著。如图3a所示，SPAES膜的吸水率（WU）和溶胀率（SR）分别为1.14%和4.49%，SPEEK膜则较高（6.39%和25.71%）。S₁K₁共混膜的WU为2.08%，SR显著降低至9.49%，实现了吸水率与溶胀率的良好平衡。这主要归因于SPAES与SPEEK的互补相容性、磺酸基团的均匀分布以及连续亲水/疏水微相分离结构的形成，从而有效提升了膜的尺寸稳定性。 图3（a）制备的膜的吸水率（WU）和溶胀率（SR）   2. 质子电导率（σ）、VO2+渗透率（P）和离子选择性（S） 理想的质子交换膜应具有高质子电导率、高离子选择性和低钒离子渗透率。膜的VO2+渗透率越低，VRFB的CE越高，自放电速率越慢。VO2+渗透率如图3d所示。S₁K₁共混膜的阻钒性能显著优于N212，这主要归因于SPAES的刚性砜骨架与SPEEK的协同作用，在膜中形成了致密的微相分离结构，有效阻挡了VO2+渗透。膜的质子电导率（σ）越高，VRFB的VE越高。如图3e所示，S₁K₁膜的质子电导率明显优于N212。 众所周知，磺化芳香族聚合物PEM面临的主要问题是高质子电导率与低VO2+渗透率之间的“权衡”效应。本研究制备的S₁K₁共混膜具有极低的VO2+渗透率（0.499×10⁻⁸ cm²·min⁻¹）、优异的质子电导率（392.1 mS·cm⁻¹）和最高的离子选择性（8732.74 S·min⁻¹·cm⁻³）。SPAES与SPEEK的等质量比共混有效降低了SPEEK的过度溶胀并避免了亲水离子簇的过度聚集。而SPAES的刚性砜骨架与SPEEK丰富的磺酸基团通过氢键和静电相互作用，实现了高质子传导与低钒渗透的协同优化，从而为VRFB在苛刻氧化条件下的长期稳定运行提供了可靠保障。 图4 制备膜的（d）质子电导率、（e）VO2+渗透率和（f）离子选择性   3.化学稳定性 在VRFB中，膜与电解液直接接触，强氧化性VO₂⁺会逐渐损坏膜结构。因此，膜必须具备优异的化学稳定性，以确保VRFB的长使用寿命。为了评估所制备膜的化学稳定性，将其浸入1.7

第一作者：马云欣 通讯作者：彭康，蒋晨啸，徐铜文 通讯单位：中国科学技术大学 成果简介 水系有机氧化还原液流电池（AORFBs）利用水溶性有机氧化还原活性物质的可逆电化学反应，展现出长期储能的潜力。快速的电子转移动力学要求增强电子传导和电解液质量传输以缓解极化现象。本研究，中国科学技术大学徐铜文院士团队通过X射线计算机断层扫描（X-CT）、三维多物理场模拟及电化学表征，探讨了2,6-DHAQ/K4[Fe(CN)6]基AORFBs中碳毡压缩对电子传导和电解液质量传输的调控作用。在最佳压缩比（CR）为20%时，0.4M 2,6-DHAQ/K4[Fe(CN)6]电池在100 mA cm-2下可实现151.6 mW cm-2的最大功率密度，容量利用率（CU）达93.6%，能量效率（EE）为62.0%。在更高电流密度（如120-160 mA cm-2）下，与未压缩状态相比，EE提升40%。 相关成果以“Dual-function compression of porous electrodes for high-current–density aqueous organic redox flow batteries”为题发表在Chemical Engineering Science期刊上。 感谢中科大徐铜文院士团队（第一作者：马云欣）校稿！ 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 多孔碳毡电极在液流电池中兼具电子导体和电解液传质通道的功能，学术界已投入大量精力优化其结构与性能。碳毡的机械压缩会影响流电池性能，在VRFBs中已被广泛研究。Martin Bureós等发现碳毡压缩增加了纤维间的接触点，从而形成更连续的电子路径并提升整体电子导电性。Jayanti等系统研究了电极压缩对大尺寸VRFBs（活性面积：936 cm²）性能的影响，证实50%压缩比（CR）在120 mA cm-2下较未压缩电极可使能量效率提升8.9%。然而，对于具有独特有机氧化还原活性物质的AORFBs，碳毡压缩如何同时影响电子传导与电解液传质，以及优化对电池性能的提升程度，目前仍属未解之谜。 本研究通过改变碳毡压缩比（0%、12%、20%和40%），探究其对代表性2,6-DHAQ/K4[Fe(CN)6]基AORFB的影响。作者团队结合X射线计算机断层扫描（XCT）与三维多物理场模拟技术，可视化呈现了碳毡结构与电解液流场分布。科学调控的碳毡压缩既提升了纤维连接性，又实现了电解液在多孔电极内的均匀分布与流速增强。双重优化明显提升了电子传导与电解液传输效率，从而在更高电流密度（如120-160 mA cm−2）下实现充放电运行，并使能量效率提升约40%。   核心内容 1.压缩碳毡的电子导电性 图1A展示了为AORFB电池组件制备的5cm2未压缩碳毡样品。作者团队通过去噪和二值化处理区分碳纤维与孔隙空间，成功重建了碳毡的内部三维结构（图1B）。这种高度多孔且相互连接的结构在电池组装过程中可被压缩，从而调节液流电池的性能。 首先，增强的纤维连接性提高了电子导电性，从而影响了电池电阻。作者团队研究了纤维在x-z方向（图1C）的排列情况，即从膜层向集流体方向延伸。随后，作者团队进一步量化了不同CR值碳毡在三十个x-z截面中的总纤维面积（图1D）。在未压缩状态下，每个截面的纤维面积相对较低。随着CR值的增加，纤维面积增大，表明纤维网络连接性增强。结构致密化导致碳毡的电子电导率单调增加（图1E）。然而，AORFB的总电阻并非随CRs增加而单调递减。这种现象源于电解液电阻、电极电阻和膜电阻的共同作用。 图1.(A)碳毡未压缩状态的实物照片；(B)通过X射线计算机断层扫描技术进行的三维结构重建示意图；(C)未压缩状态下纤维分布的横截面图像；(D)不同压缩比下x-z截面的纤维面积量化分析，显示随着压缩程度增加，纤维面积增大且纤维间连接性增强；(E)碳毡在不同压缩比下的导电性与电阻变化   2.压缩碳毡的浓度过电位 为探究压缩对电解液流体动力学的影响，作者团队在COMSOL Multiphysics 6.2软件中构建了AORFB单电池的流体-电化学耦合模型，关键运行参数设定为：电流密度40 mA cm-2、入口流速60

第一作者：陈倩如 通讯作者：乔世璋&郝俊南 通讯单位：阿德莱德大学 工作简介 阿德莱德大学乔世璋院士团队在水系多硫化物液流电池中首次将bislawsone（双指甲花醌）作为氧化还原介体引入体系，有效破解了长期以来限制多硫化物应用的还原动力学迟缓难题。与传统依赖固体催化剂的策略相比，bislawsone以均相介体形式参与反应，大幅提升反应速率，从而显著优化电池整体性能。该体系实现了高达90.29%的能量效率和95.75%的容量利用率（未添加bislawsone时仅为0.44%）。同时，在连续运行2200次循环后，电池仍可维持初始能量效率的92.43%，展现出当前水系多硫化物液流电池领域中的先进水平。通过原位电化学阻抗谱（EIS）分析，研究人员进一步验证了反应动力学的显著增强：体系的电荷转移电阻由172.3 Ω显著降低至24 Ω以下。结合实验结果与理论计算，从分子尺度揭示了其内在机制——bislawsone通过“锚定–拖拽（anchor–drag）”作用促进S–S键断裂，从而有效降低反应能垒。此外，多硫化物还能对bislawsone的还原态起到稳定作用，缓解其对空气敏感的问题。实验结果表明，在满电状态下静置一周后，电池自放电率仅为12.19%；而在缺乏多硫化物的条件下，单独的bislawsone体系在约2小时内即发生明显失效。 相关成果以“Bislawsone as a Robust Redox Mediator for High-Performance Aqueous Polysulfide Redox Flow Batteries”为题发表在Joule期刊上。 感谢阿德莱德大学乔世璋院士团队（第一作者：陈倩如）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供   研究背景 水系液流电池凭借其优异的本质安全性、超长循环寿命以及功率与容量可独立调控的结构特征，被认为是实现大规模储能的重要技术方向。然而，目前商业应用最成熟的全钒液流电池仍面临钒资源成本高、供应波动等现实制约，因此开发资源储量更丰富、经济性更优的新体系已成为当务之急。 在诸多替代方案中，硫基电化学体系逐渐成为研究热点。其中，多硫化物氧化还原对（S42⁻/S22⁻）的电极电位约为 −0.4 V，使其在负极应用中具有一定优势。然而，该体系的核心问题在于S42⁻还原过程反应缓慢，即便在20 mA cm⁻2的电流密度下，仍会出现超过0.5 V的显著极化。现阶段的改进策略主要依赖于固体催化剂（例如钴基材料或金属硫化物）以促进反应，但其效果受限于有限的活性位点以及多硫化物在电极表面的传质限制。此外，多数相关体系在不更换电解液的条件下循环寿命通常难以突破400次。尽管近期引入的核黄素均相催化体系在一定程度上改善了动力学性能，但仍存在副反应明显和长期稳定性不足等问题。 相较而言，bislawsone的氧化还原电位与多硫化物体系较为匹配，并且在碱性环境中表现出良好的化学稳定性和较快的电子转移动力学。然而，其还原态容易受到空气氧化的影响，导致以其作为活性物质的体系通常需要在惰性气氛下运行，这在实际应用中增加了复杂性。 针对上述挑战，该工作提出将bislawsone作为氧化还原介体引入多硫化物液流电池中。该策略不仅显著提升了多硫化物反应的动力学速率，同时利用多硫化物对bislawsone还原态的快速再氧化作用，有效抑制其与空气反应，从而实现电池在空气条件下的稳定运行。   研究内容表述 1.bislawsone和多硫化物的反应机理 研究人员首先利用拉曼光谱证明，还原态bislawsone能够与S42⁻发生相互作用。进一步结合循环伏安（CV）测试结果，表明bislawsone在电极与多硫化物之间发挥氧化还原中介作用，从而实现电子的快速传输。通过在不同温度、浓度及扫描速率条件下系统开展CV实验，并结合阿伦尼乌斯方程进行分析，结果显示该分子能够显著降低多硫化物还原反应的活化能。 在此基础上，研究团队借助量子化学计算，从分子层面进一步揭示其作用机理：还原态bislawsone通过“锚定–拖拽（anchor–drag）”机制与多硫化物发生相互作用，促进S–S键断裂，从而有效降低反应能垒。同时还发现，S42⁻对bislawsone的氧化速率明显快于其在空气中的氧化过程，这一特性能够抑制由空气引发的降解反应，使电池体系在空气环境下依然具备良好的运行稳定性。 图1 Bislawsone作为氧化还原介体的可行性验证。 (A)双指甲花醌与Na2S4的循环伏安曲线；(B)双指甲花醌溶液、还原态双指甲花醌溶液及还原态双指甲花醌与Na2S4混合溶液的拉曼光谱；(C)室温下1mM双指甲花醌、1M Na2S4及其混合溶液的循环伏安曲线；(D)25℃下含1mM双指甲花醌与不同浓度Na2S4混合溶液的循环伏安曲线；(E)Na2S4与还原态双指甲花醌逐级反应的能量图；(F)反应机理示意图；还原态双指甲花醌溶液在(G)滴加Na2S4溶液及(H)暴露于气流时的颜色变化   2.原位 EIS 与拉曼揭示动力学变化 在静态电池测试中，加入bislawsone后，体系在不同电流密度下均表现出稳定且较高的容量利用率与能量效率；而未引入该介体的体系则随着电流密度增加，容量利用率和能量效率均明显下降。原位电化学阻抗谱（EIS）分析进一步显示，bislawsone能够显著降低多硫化物还原过程中的电荷转移阻力，使其由172.3 Ω降至24 Ω以下。与此同时，原位拉曼光谱结果表明，bislawsone在反应过程中确实以氧化还原介体的形式参与其中，并为“锚定–拖拽（anchor–drag）”作用机制提供了直接的实验支持。 图2静态电池倍率性能和原位EIS测试 (A)不同电流密度下含/不含双指甲花醌电池的放电容量与库仑效率(CE)；电池在不同速率下的充放电曲线：(B)不含双指甲花醌时，(C)含双指甲花醌时；原位EIS及电池完整循环过程中弛豫时间分布(DRT)曲线：(D)不含双指甲花醌时，(E)含双指甲花醌时 图3原位拉曼检测和静态电池循环性能测试 不同电解质组成电池的原位拉曼光谱：(A)500μL 25 mM双指甲花醌-1M NaOH||400μL

第一作者：孟庆志 通讯作者：宋纯利、储本发、张中标 通讯单位：安徽理工大学& 北京碧水源膜科技股份有限公司 成果简介 高性能、低成本阳离子交换膜的研发，是推动碱性锌铁液流电池规模化应用、助力可持续储能产业发展的核心关键。本研究针对传统磺化工艺存在的磺化度失控、聚合物主链易降解等痛点，采用预磺化单体共聚法，实现磺化聚苯砜（SPPSU）膜的可编程磺化精准调控，进而优化膜材料微观结构与综合性能，该制备策略既能精准把控磺化度，又能完整保留聚合物主链结构，大幅提升膜材料整体稳定性。 本文所制备的系列膜材料兼具适度吸水率、可控溶胀性、高离子电导率，以及优异的机械与热稳定性，其中0.5-SPPSU膜性能最优，适配碱性锌铁液流电池严苛工况。将其应用于碱性锌铁液流电池，在200 mA cm⁻²电流密度下，能量效率高达80.61%，库仑效率达98.73%，且展现出出色的长期循环稳定性，连续1000次循环后性能无明显衰减。 该研究通过刚性主链与精准磺化调控，实现膜材料各项性能的最优平衡，为定制化高性能阳离子交换膜开发提供了可行路径，在碱性锌铁液流电池领域展现出巨大应用潜力。相关成果以“High-Performance Zinc–Iron Flow Batteries Enabled by Programmable Sulfonation of Poly(phenylene sulfone) Membranes”为题发表在《Journal of Polymer Science》期刊上。 感谢安徽理工大学张中标团队供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统 （YTH-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 全球可再生能源快速发展，太阳能、风能等间歇性能源并网应用，对大容量、长寿命、低成本储能技术需求愈发迫切。碱性锌铁液流电池凭借原料成本低廉、安全性高、电解液稳定性好、环境友好等优势，成为电网级大规模储能的优选技术，具备极强的产业化前景。 离子交换膜是碱性锌铁液流电池的核心部件，主要承担选择性离子传输、阻隔正负极活性物质交叉渗透的关键作用，直接决定电池效率、循环寿命与整体成本。目前商用全氟磺酸膜（如Nafion系列）虽化学稳定性优异，但存在成本高昂、离子选择性一般、活性物质渗透严重等问题，易导致电池容量衰减、效率降低，极大限制了其大规模应用。 磺化芳香族聚合物是替代全氟磺酸膜的理想材料，其中磺化聚苯砜机械强度高、热稳定性与耐化学腐蚀性突出，适合用作液流电池离子交换膜基材。但传统后磺化法存在明显短板，磺化度难以精准控制，强磺化剂易破坏聚合物主链，导致基团分布不均、膜材料过度溶胀、机械性能骤降，无法兼顾离子传导与尺寸稳定性。 基于上述行业痛点与现有技术短板，本研究摒弃传统后磺化工艺，采用预磺化单体共聚路线，从源头实现磺化度的可编程精准调控，同时依托聚苯砜本身的刚性骨架，保障膜材料具备优异的力学性能与热稳定性，最终制备出综合性能均衡优异的SPPSU膜，有效平衡离子传导性、尺寸稳定性与机械耐用性，为碱性锌铁液流电池提供了高性能、低成本的核心膜材料解决方案。   核心内容 1 SPPSU膜的合成与结构表征 方案1| SDCDPS（a）和间位SPPSU（b）的合成. 采用核磁共振氢谱（¹H NMR）对系列膜材料进行结构表征，确认磺化基团成功接入且分布均匀，通过特征峰积分计算实际磺化度，与理论投料比例高度吻合；傅里叶变换红外光谱（FT-IR）验证砜基、醚键、磺酸基团等特征官能团，证实聚合物结构完整无降解；凝胶渗透色谱（GPC）测试表明，聚合物分子量达标，聚合反应高效完全。 图1| 0.4-SPPSU（a）、0.5-SPPSU（b）和0.6-SPPSU（c）在DMSO-水溶液中的1H NMR光谱6.   2 SPPSU膜的热稳定性、机械性能与微观形貌 通过热重分析（TGA）测试膜材料热稳定性，结果显示，系列SPPSU膜初始热分解温度均高于480℃，具备优异的热稳定性，完全满足电池长期运行工况需求；随着磺化度升高，热分解温度略有下降，但仍远高于常规使用温度，无热分解风险。 万能材料试验机测试结果表明，干燥状态下SPPSU膜拉伸强度优异，满足电池组装与长期运行的机械应力要求；湿态下膜材料韧性提升，拉伸强度略有下降但仍处于合格范围，磺化度升高会小幅降低拉伸强度、提升断裂伸长率，整体机械性能适配实际应用。 扫描电镜（SEM）与原子力显微镜（AFM）测试显示，所制备的SPPSU膜表面光滑平整，无裂纹、针孔、气泡等宏观缺陷，微观相分离结构清晰，疏水性主链区域与亲水性磺酸基团区域分界明显，亲水域连续贯通，形成高效离子传输通道，同时膜结构致密，可有效阻隔活性物质渗透。 图3| m-SPPSU的光学照片（a-c）和SEM图像（d-f）。   3

第一作者：李云璇 通讯作者：周明月 通讯单位：中国石油大学（北京） 成果简介 水系锌基液流电池（ZFBs）在大规模储能领域展现出巨大潜力。然而，由于锌沉积过程受电极表面及离子电势的影响，导致锌沉积不均匀，从而引起锌枝晶及面容量受限等问题。本研究，中国石油大学（北京）周明月团队提出一种双层电极架构的空间可控沉积策略，该架构以SnO2功能化碳毡（SnO2@CF）作为底层，原始碳毡（PCF）作为顶层。这种结构通过引入成核过电位和锌亲和力梯度，将沉积分布从集中于近膜侧表面堆积转变为全空间均匀分布。基于此，双层电极组装的锌基液流电池实现了330 mAh cm−2的超高面容量和1100 mAh cm−3的超高体积容量，较传统电极提升65%。即使在240 mAh cm−2面容量下和100%深度充电100%深度放电的严苛条件，该电池仍展现出超过175次循环的优异耐久性。本研究通过双层电极设计明显拓展了锌沉积的体积利用率，为调控空间沉积行为提供了稳健策略。 相关成果以“A Bilayer Electrode Architecture Enabling SnO2-Induced Spatial-Controllable Zinc Deposition for Ultra-High-Areal-Capacity Zinc-Based Flow Batteries”为题发表Advanced Materials期刊上。 感谢中国石油大学（北京）周明月团队（第一作者：李云璇）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统 （YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供   研究背景 锌负极电极改性策略，如杂原子掺杂（P、N、B和O）以及金属/金属氧化物涂层（例如Cu、CuO、Sn、Ag和In），通过增加成核位点和增强电活性成功提高了锌镀层的均匀性。这些方法主要集中在二维尺度或单层基质内的沉积均匀化上。然而，锌沉积仍受离子电势的影响主要沉积在近膜侧电极表面，导致电极内部未被充分利用。即使尝试梯度改性，通常也仅限于单一碳毡且梯度幅度较窄，从而对锌沉积能力的提升有限。此外，大多数报道的策略都应用于相对较厚的碳毡（例如5mm），不仅增加了堆叠厚度，还导致更大的电解液电阻。因此，尽管改性碳毡实现了更高的锌沉积能力，但电极材料的实际利用率仍然较低，导致体积容量较低。 图1 示意图展示了使用原始碳毡（PCF）与复合碳毡（PCF-SnO2@CF）时锌沉积深度差异 从概念上讲，本文假设在电极内部设计一个陡峭的热力学和动力学梯度可以抵消表面主导沉积的倾向。在此，中国石油大学（北京）周明月团队通过构建一种双层复合电极结构来验证此概念，该结构由远离膜的SnO2功能化碳毡（SnO2@CF）底层和邻近膜的原始碳毡（PCF）顶层组成。与以往仅将SnO2用作枝晶抑制剂的研究不同，本工作利用SnO2构建锌亲和力差异的空间梯度进行沉积行为调控，如图1所示。具体而言，SnO2层提供了吸附位点和更高的交换电流密度，从而降低了成核过电位，实现了优先沉积和从内到外的填充模式。当用作负极电极时，PCF-SnO2@CF实现了330 mAh cm−2的创纪录锌沉积容量，比传统碳毡提高了65%。本工作为实用液流电池中稳定、高容量锌负极的开发提供了有前景的途径。   核心内容 本文通过简便的浸渍-热处理方法制备了SnO2功能化碳毡，记为SnO2@CF，从而在碳纤维骨架上形成了一致的SnO2涂层（图2a）。视觉上，与PCF相比，SnO2@CF呈现出从灰色到蓝紫色的均匀颜色转变（图2b），表明SnO2在碳基底上实现了均匀覆盖。如图2c，d所示，SnO2@CF的润湿性较PCF明显增强，促进了锌酸盐离子向电极内部的扩散和吸附。 为比较分析微观结构变化，通过扫描电子显微镜（SEM）对PCF和SnO2@CF进行了表征（图2e，2f）。SEM图像和能谱分析（EDS）显示成功在碳纤维包覆了均匀且薄的SnO2涂层。碳纤维表面均匀的SnO2包覆进一步通过透射电子显微镜（TEM）表征。如图2h所示，包覆层厚度约为200纳米，解释了改性毡的蓝紫色。高分辨率TEM（HRTEM）图像中观察到间距约0.36纳米的清晰晶格条纹，主要对应SnO2的（110）晶面（图2i）。图2j的选区电子衍射（SAED）图谱显示了与SnO2的（101）、（110）和（211）晶面对应的明显衍射环，进一步证实了SnO2的存在。关于孔隙结构，压汞测试结果显示SnO2@CF的孔隙率损失可忽略不计，表明碳纤维表面存在薄而贴合的SnO2包覆层不会压缩锌沉积空间。同时，包覆层厚度对电导率影响极小（SnO2@CF为5.66 S cm−1 vs. PCF的5.23 S cm−1），四探针测量结果进一步验证了此点。因此，SnO2包覆导致的欧姆损失及传质阻抗极小，避免了对电池极化产生不利影响。 图2(a)复合双层电极制备过程的示意图；(b)PCF和SnO2@CF的数码照片；(c)PCF和(d)SnO2@CF的接触角；(e)PCF和(f)SnO2@CF的形貌SEM图像；(g)SnO2@CF的EDS图像；(h)SnO2涂层的TEM和（HRTEM）图像；(j)SnO2@CF具有特征衍射环的SAED图 为研究改性碳毡对锌沉积的影响，作者团队系统评估了SnO2@CF的电化学动力学及在碱性锌铁液流电池（ZIFBs）中的电化学行为。图3a中的循环伏安法（CV）测量结果显示，SnO2@CF上锌酸根离子的起始还原电位正向偏移，表明其成核过电位较低，从热力学角度有利于锌优先沉积。这种优先沉积能力将锌成核导向SnO2@CF界面，促进复合毡内部的锌沉积。图3b中的充电曲线显示出较低的初始平台（PCF为1.83V vs. 1.82V），应证了CV结果。此外，几乎重叠的电压曲线证实了包覆带来的额外极化是可忽略的。塔菲尔分析（图3c）进一步揭示SnO2@CF上锌酸根还原的表观交换电流密度更高（135.4 mA cm−1 vs. PCF的86.6 mA

第一作者：辛亚鲁 通讯作者：陈永平，高崴 通讯单位：东南大学 成果简介 碱性锌–铁氰化物液流电池（AZFFBs）被认为是长时储能的重要候选体系。然而，在低温条件下，该体系易出现电解液冻结、阳极锌枝晶生长及锌相关副反应加剧，以及阴极Fe(CN)64⁻析出引发的容量衰减等问题，严重限制其在极端环境中的应用。本研究，东南大学陈永平教授团队提出了一种协同溶剂化策略。通过引入Li⁺和Cl⁻，协同抑制水分子四面体氢键网络的形成，从而降低正负极电解液的液–固相转变峰值温度。同时，Cl⁻构建Zn(OH)42⁻周围的贫水溶剂化结构，以优化锌沉积并抑制副反应；Li⁺通过增强离子–偶极相互作用，将更多水分子引入Fe(CN)64⁻的溶剂化结构，从而显著提高其低温溶解度。优化后的AZFFBs在−20 °C下实现稳定循环，平均库仑效率达到99.54%；在28 °C下可稳定循环超过500次，平均库仑效率为99.79%，循环寿命提升超过22倍。此外，该体系在温度波动条件下仍表现出良好的运行稳定性。上述结果显著提升了AZFFBs在极端环境储能中的应用潜力，尤其适用于极地微电网、寒冷地区离网电力系统以及海底电力应用场景。 相关成果以“Synergistic Solvation Strategy for Low-Temperature Alkaline Zinc−Ferricyanide Flow Battery”为题发表在Research期刊上。 感谢东南大学陈永平教授团队（第一作者：辛亚鲁博士）供稿！ 本文所用 螺栓型液流单电池测试夹具 （LSB-3） 由武汉之升新能源有限公司提供   研究背景 水系氧化还原液流电池通过提供高效率、长寿命、卓越安全性以及功率/容量解耦的优势，为长时储能提供了一种有前景的解决方案。在这些体系中，碱性锌–铁氰化物液流电池（AZFFBs）因其高电化学活性、良好的动力学以及低成本而成为大规模应用的理想候选体系。为提升系统的循环稳定性，大量工作集中在缓解锌枝晶生长以及抑制活性物质跨膜迁移方面。提高铁氰化物溶解度以扩展实际容量的策略也已被广泛探索。然而，仅靠这些策略仍不足以确保体系在广泛运行条件下的稳健运行。其中，低温下电解液冻结以及铁氰化物析出所诱发的问题，显著限制了体系的运行范围与循环稳定性。这些挑战阻碍了其在极端环境（如极地地区、寒冷气候离网系统以及深海应用）中的部署。迫切需要创新策略来开发能够在低温下运行的AZFFBs。 在低温下，AZFFBs会经历电解液中水分子之间氢键（HB）的增强：水结构从最初无序的小水簇逐步转变为长程有序的氢键网络，最终导致电解液冻结。为解决这一问题，研究者已经探索了多种策略，包括引入有机共溶剂、添加化学添加剂以及利用离子效应，以重构大的氢键网络、抑制有序四面体结构的形成，并显著降低电解液的液–固相转变峰值温度（Tt）。尽管做出了上述努力，仅通过实现较低的Tt仍不足以确保AZFFBs在低温下稳定且高效地运行。一方面，低温会加剧电解液中离子扩散的不均匀性，从而导致阳极上的锌沉积不均匀。另一方面，Fe(CN)64⁻与水分子之间的离子–偶极相互作用减弱，再加上水分子之间氢键增强，会降低Fe(CN)64⁻的溶解度，导致其析出并可能造成流道堵塞。不幸的是，能够同时实现降低Tt、缓解锌相关副反应以及抑制阴极Fe(CN)64⁻析出的研究仍然很少。如何协调这些因素以实现AZFFBs在低温条件下高性能稳定运行，仍是一项重要挑战。 为解决这一问题，本研究，东南大学陈永平教授团队提出了一种协同溶剂化策略，该策略同时增强阳极电解液与阴极电解液的抗冻性能，使其能够在低至−20 °C的温度下稳定运行，这也是迄今AZFFBs报道的最低运行温度。该策略采用极性离子Li⁺和Cl⁻来有效破坏水分子之间的四面体氢键网络，从而降低Tt，同时调控Zn(OH)42⁻和Fe(CN)64⁻的溶剂化结构（图1）。在阳极侧，Cl⁻与Zn(OH)42⁻之间存在相互作用，部分替代其溶剂化壳层中的水分子，并构建贫水溶剂化结构，以优化锌沉积并抑制副反应。在阴极侧，Li⁺较小的离子半径使其能够部分替代Fe(CN)64⁻周围的K⁺，通过增强离子–偶极相互作用将额外的水分子引入Fe(CN)64⁻的溶剂化结构，从而在低温下显著提高铁氰盐溶解度。因此，含LiCl的AZFFBs展现出显著的低温性能：在−20 °C、20 mA cm⁻2的工况下可稳定运行超150个循环，平均库仑效率（CE）和能量效率（EE）分别达到99.54%和74.87%。值得注意的是，其在28 °C下也表现出优异稳定性：在40 mA cm⁻2的电流密度下实现超500个循环，平均CE、EE分别达到99.79%和86.84%。   核心内容 1. 协同溶剂化策略的设计 图1: 碱性锌–铁氰化物液流电池（AZFFBs）协同溶剂化策略示意图。 图1阐述了碱性锌–铁氰化物液流电池中协同溶剂化策略的设计思路。为克服低温条件下电解液冻结、阳极副反应以及阴极Fe(CN)64⁻析出等问题，本研究从氢键网络重构、Zn(OH)42⁻溶剂化结构调控以及Fe(CN)64⁻溶解度增强等关键过程出发，构建了Li⁺/Cl⁻双离子协同调控体系。该策略通过极性离子介导的氢键网络重构，破坏水分子之间的四面体氢键结构，从而降低电解液的液–固相转变峰值温度（Tt），同时调控Zn(OH)42⁻和Fe(CN)64⁻的溶剂化结构。在阳极侧，Cl⁻与Zn(OH)42⁻相互作用，部分取代其溶剂化壳层中的水分子，构建贫水溶剂化结构，以优化锌沉积并抑制副反应；在阴极侧，Li⁺由于离子半径较小，可部分取代Fe(CN)64⁻周围的K⁺，通过增强离子–偶极相互作用将更多水分子引入其溶剂化结构，从而在低温下显著提升其溶解度。该协同溶剂化策略实现了电解液抗冻结能力与电极界面稳定性的协同提升。 图2：Li⁺和Cl⁻增强AZFFBs电解液抗冻性能的机理研究。 图2揭示了Li⁺和Cl⁻对碱性锌–铁氰化物液流电池电解液低温稳定性的影响规律及其作用机制。图2A和2B通过光学图像对比显示，在−20 °C条件下，未添加LiCl的双极电解液发生明显冻结，而含LiCl的电解液仍保持液态，表明LiCl的加入显著提高了电解液的低温稳定性。图2C和2D展示了随着LiCl浓度增加，双极电解液的Tt明显降低，当LiCl浓度达到15.5 wt% 时，阴极和阳极电解液的Tt分别降至−27.26 °C和−34.54 °C。图2E的¹H NMR光谱表明，引入 Li⁺和Cl⁻后，水分子中氢原子的化学位移向高场移动，说明水分子周围电子云密度发生变化，反映出离子–偶极相互作用对氢键结构的影响。图2F的¹³C NMR光谱显示，在加入LiCl后，Fe(CN)64⁻中C原子的化学位移向高场移动，表明Li⁺抑制了K⁺与Fe(CN)64⁻之间的相互作用。图2G的⁷Li NMR光谱进一步证明，Li⁺进入Fe(CN)64⁻的溶剂化结构中并改变其电子环境。图2H–J的¹H 扩散有序谱（DOSY）对比显示，在相同离子浓度下，LiCl溶液中水分子的扩散系数最低，同时差示扫描量热测试表明Li⁺和Cl⁻的协同作用可显著降低电解液的相变温度，说明二者在重构氢键网络方面具有协同效应。   2. 溶剂化结构的有效重构 图3：AZFFBs电解液中溶剂化结构有效重构的验证。 图3分析了电解液中溶剂化结构有效重构的实验与理论验证结果。图3A–D 通过对FTIR光谱中水分子O–H伸缩振动峰的分峰分析，将水的氢键结构拆分为vₛOH、vₐₛOH以及Hf–O–Hb三种构型，并比较了引入LiCl前后不同氢键构型的比例变化，结果表明加入LiCl后不完全配位氢键比例增加。图3E展示了不同物种之间的吸附能计算结果，表明Zn2⁺–Cl⁻相互作用强于Zn2⁺–H2O，相应地，Fe(CN)64⁻–Li⁺与Li⁺–H2O相互作用强于与K⁺之间的相互作用。图3F–G给出了含Li⁺阴极电解液的分子动力学模拟结构以及N(CN)–Li⁺和N(CN)–K⁺的径向分布函数，显示Li⁺可进入Fe(CN)64⁻的溶剂化结构。图3H–I为N(CN)–O(H2O)的径向分布函数对比，显示加入LiCl后Fe(CN)64⁻周围水分子数量增加。图3J–K 展示了含Cl⁻阳极电解液的分子动力学模拟结果以及Zn2⁺–OH⁻、Zn2⁺–H2O和Zn2⁺–Cl⁻的径向分布函数，结果表明Cl⁻可部分取代Zn(OH)42⁻溶剂壳中的水分子。   3. 电极的电化学稳定性 图4：LiCl对阴极和阳极稳定性的影响。 图4分析了LiCl对电极电化学稳定性的影响。图4A和4B展示了在不同温度及不同电解液条件下，石墨毡电极表面锌沉积的扫描电子显微镜图像，结果表明加入LiCl后，锌沉积更加均匀且致密，且在较低温度下该效果更加明显。图4C为不同LiCl浓度下的计时电流法（CA）测试曲线，显示随着LiCl浓度增加，稳态电流密度提高，锌沉积行为由二维表面受限成核向三维扩散控制生长转变。图4D为线性扫描伏安（LSV）曲线，表明LiCl的加入抑制了析氢反应。图4E为Tafel曲线，图4F为腐蚀电流随LiCl浓度变化情况，结果显示LiCl提高了阳极的抗腐蚀能力。图4G–H为28

第一作者：辛亚鲁 通讯作者：高崴 通讯单位：东南大学 成果简介 碱性锌–铁氰化物液流电池（AZFFBs）因低成本、高安全性和快速动力学而受到关注，但锌阳极在沉积过程中易发生粉化并形成电化学不可逆的“死锌”，导致活性锌损失、容量不可逆衰减，并严重限制电池的循环寿命。本研究，东南大学高崴教授团队从锌沉积的微观晶体生长过程出发，揭示锌粉化与“死锌”形成的关键起因在于不可逆晶芽的持续生长。基于这一认识，研究引入多配位电解液添加剂泛醇（PAN），协同调控Zn(OH)42⁻/Zn2⁺/Zn0在电极界面的传输与反应行为，从而有效抑制锌粉化。在Zn||K4[Fe(CN)6]全电池中，该策略使循环稳定性提升约15倍，同时库仑效率、能量效率和电压效率分别提高2.1%、3.1%和1.2%，验证了多配位电解液添加剂策略在提升碱性锌–铁氰化物液流电池循环稳定性和能量利用效率方面的有效性。 相关成果以“High Stability Alkaline Zinc-Ferricyanide Flow Battery with Multi-Coordination Electrolyte Additive for Suppressing Zinc Pulverization”为题发表在Small期刊上。 感谢东南大学高崴教授团队（第一作者：辛亚鲁）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   研究背景 随着太阳能、风能等可再生能源在全球电力结构中的占比不断提高，其固有的间歇性和波动性对电网的稳定运行带来了严峻挑战。为缓解这一问题，电网级储能技术，尤其是氧化还原液流电池，因其安全性高、成本低且容量与功率可独立设计，被认为是关键解决方案之一。在众多体系中，碱性锌–铁氰化物液流电池（AZFFBs）因成本优势明显、容量大且氧化还原动力学快而受到广泛关注。然而，其实际应用仍受到锌阳极界面不稳定性的严重制约，主要表现为锌枝晶生长、副反应以及“死锌”的形成。当金属锌与电极表面失去电接触后，将无法继续参与储能反应，从而导致不可逆容量损失、循环效率下降并引发电池过早失效。此外，流动电解液中游离的“死锌”颗粒还可能堵塞流道、破坏流体结构并加速性能衰退。尽管上述问题后果严重，但“死锌”形成的根本机理及其有效抑制策略仍缺乏系统认识。 在强碱性溶液中，Zn2+会与OH⁻配位形成Zn(OH)42⁻。在接近电极表面后，锌沉积过程可分为四个连续步骤：Zn(OH)42⁻向电极表面扩散、Zn2+从Zn(OH)42⁻中解离并被还原为锌原子（Zn0）、Zn0在电极表面的自扩散，以及Zn⁰聚集形成晶核。在Zn0聚集过程中，电极表面局部Zn0的富集会诱导晶芽形成。当晶芽尺寸超过临界值后，其将转变为不可逆晶芽，无法再解离为单个Zn0并参与后续有序结晶，从而阻碍正常晶体生长。随着不可逆晶芽数量和尺寸的不断增加，最终会引发宏观锌粉化。值得注意的是，这些晶芽还会产生尖端效应，导致Zn2+在电极表面分布更加不均，进一步加剧结晶无序化。尽管已有电解液优化、界面涂层和电极结构调控等策略可在一定程度上改善Zn2+分布并促进有序结晶，但其并未从根本上解决不可逆晶芽形成及其导致锌粉化的问题。因此，亟需一种既能均匀Zn2+传输、又能抑制不可逆晶芽生成并引导有序锌沉积的综合性解决方案。 基于上述认识，本研究，东南大学高崴教授团队提出了一种多配位电解液添加剂策略，通过同时调控Zn(OH)42⁻/Zn2⁺/Zn0的传输行为、抑制不可逆晶芽形成并引导空间有序的锌沉积，从而降低锌粉化并提升AZFFBs的稳定性。作为验证，本研究选用具有丰富极性官能团的生物相容性分子泛醇（Panthenol，PAN）作为电解液添加剂。实验与理论计算表明，PAN通过三重作用机制发挥调控作用：（1）与Zn(OH)42⁻配位以均匀离子向电极表面的迁移；（2）抑制尖端效应以优化锌沉积行为；（3）通过对Zn0的吸附促进可逆晶芽的形成与原子化。基于该策略，Zn||Zn对称电池的循环寿命提升约2倍；进一步地，Zn||K4[Fe(CN)6]全电池的循环稳定性提升约15倍，其库仑效率、能量效率和电压效率分别提高2.1%、3.1%和1.2%。   核心内容 1. 多配位电解液添加剂对Zn(OH)42⁻/Zn2⁺/Zn0的作用 图1: 多配位电解液添加剂的设计思路及其作用机制。 图1阐述了碱性锌–铁氰化物液流电池中锌粉化与“死锌”形成的机理，并提出了相应的多配位电解液添加剂设计思路。首先，图1a示意了锌在强碱性电解液中的沉积过程：电解液中的Zn2+主要以Zn(OH)42⁻的形式向电极表面迁移，经过解离和还原生成Zn0，随后在电极表面自扩散并聚集形成晶芽。当晶芽生长超过临界尺寸后，会转化为不可逆晶芽，从而导致锌沉积结构逐渐粉化，并最终形成与电极表面失去电接触的“死锌”。在此基础上，图1b提出了用于抑制锌粉化的多配位电解液添加剂设计思路。该示意图表明，多配位添加剂能够同时与Zn(OH)42⁻、Zn2+以及Zn0发生相互作用，从而在锌沉积过程中协同调控离子传输行为和晶体生长过程。图1c-e通过FTIR光谱表征与静电式分析，展示了PAN在强碱环境中的分解行为以及分子表面静电式分布。结果表明，PAN在碱性电解液中易发生分解，其分解产物仍保留多个极性官能团和负电势区域，为其与锌物种发生多配位作用提供了结构基础。进一步地，图1f的吸附能理论计算结果显示，PAN及其分解产物与金属锌及石墨基底之间具有较强的吸附作用。此外，图1g-j通过分子动力学模拟和径向分布函数分析，揭示了PAN及其分解产物对Zn(OH)42⁻溶剂化结构的调控作用。图1k对电解液中O–H伸缩振动区域的分峰分析进一步表明，引入PAN后电解液中的氢键网络结构发生变化。   2. 添加剂对阳极电解液物理与电化学性能的影响 图2：多配位电解液添加剂对电解液性质与锌沉积界面行为的调控作用 图2展示了多配位电解液添加剂PAN对阳极电解液性质以及锌沉积界面行为的影响。首先，图2a、b通过HSQC谱对比了PAN在NaOH溶液以及含Zn(OH)42⁻的阳极电解液中的化学位移特征，结果表明PAN与Zn(OH)42⁻之间存在相互作用，为其参与锌物种配位及传输调控提供了直接证据。随后，图2c-f利用XPS技术针对裸石墨毡以及经PAN处理后的石墨毡的表面官能团进行了对比分析。结果显示，PAN及其分解产物能够吸附于电极表面，从而改变锌沉积界面的化学环境。在电化学行为方面，图2g-i给出了不同PAN浓度下的Tafel曲线和LSV测试结果，表明PAN的引入能够降低腐蚀电流并有效抑制析氢反应。进一步地，图2j-n结合CV以及EIS分析，系统评估了PAN对Zn(OH)42⁻传输行为和界面反应动力学的影响，结果表明在合适浓度下，PAN能够同时改善离子传输和界面反应过程。最后，图2o对比了不同PAN浓度条件下Zn||K4[Fe(CN)6]全电池的库仑效率、能量效率和电压效率，综合确定了0.5 wt% PAN为本体系中电解液添加剂的最优浓度。   3. 添加剂对锌沉积行为的调控以及对Zn||Zn对称电池性能强化 图3：锌沉积过程的可视化及Zn||Zn对称电池的电化学循环性能 图3系统展示了多配位电解液添加剂对锌沉积行为的调控作用，以及其对Zn||Zn对称电池的循环性能影响。首先，图3a-d通过COMSOL模拟对比了在有无添加剂条件下Zn(OH)42⁻和Zn2+在电极表面的通量分布情况。结果表明，引入添加剂后，电极表面的离子通量分布更加均匀，有助于削弱局部离子富集和尖端效应。随后，图3e、f通过原位可视化实验对比了锌在不同电解液条件下的沉积过程。可以观察到，在未添加PAN的情况下，锌沉积过程中易出现局部快速生长和不均匀沉积；而引入PAN后，锌沉积过程更加均匀稳定。进一步地，图3g、h的SEM图像展示了不同条件下石墨毡电极表面的锌沉积形貌差异。结果显示，PAN的引入有助于形成更加致密、有序的锌沉积结构，从形貌层面验证了其对锌沉积行为的调控作用。在电化学性能方面，图3i、j展示了Zn||Zn对称电池在有无添加剂条件下的循环性能对比结果。结果表明，引入添加剂后，对称电池的电压曲线更加稳定，循环稳定性得到显著改善。   4. Zn||K4[Fe(CN)6]全电池循环性能评估 图4：Zn||K4[Fe(CN)6]全电池的电化学循环性能 图4评估了多配位电解液添加剂对Zn||K4[Fe(CN)6]全电池循环稳定性及倍率性能的影响。首先，图4a-d对比了在有无添加剂条件下，全电池在不同循环阶段的充放电电压曲线。结果表明，引入添加剂后，电池在长循环过程中电压平台更加稳定，极化程度得到有效缓解。随后，图4e、f给出了全电池在循环过程中的库仑效率、能量效率、电压效率以及放电容量变化情况。可以看出，含添加剂体系在长时循环过程中保持了更高且更稳定的效率和容量，体现出显著提升的循环稳定性。图 4g-j显示，在面积容量为20 mAh cm⁻2、电流密度 20-60 mA cm⁻2的倍率测试中，含PAN的全电池前42次循环的性能稳定。相比之下，不含PAN的全电池在第40次循环时由于“死锌”累积，导致电压极化明显增强并导致放电容量骤降。   结论展望

第一作者：甘振乐 通讯作者：宋纯利、储本发、张中标 通讯单位：安徽理工大学 & 北京碧水源膜科技有限公司 成果简介 高性能、低成本离子交换膜（IEMs）的进步对于实现可持续能源未来和确保安全供水至关重要。本研究报道了通过预磺化单体与芴基成分共聚合成磺化聚醚醚酮（SPEEK）膜及其表征。该合成策略能够精确调控磺化度并提高膜的坚固性。所获得的膜展现出优异的性能组合，包括适度的吸水率、有限的溶胀性、高离子电导率，以及出色的机械和热稳定性。m-SPEEK-FDH膜被系统地应用于两种不同技术：锌-铁氧化还原液流电池（AZIFB）和电渗析（ED）。在AZIFB应用中，0.6-SPEEK-FDH膜表现出优异的性能。即使在400 mA cm⁻²的高电流密度下，其能量效率仍超过79.4%。同时，它表现出优异的长期循环稳定性，在200 mA cm⁻²的条件下，经过18天、超过950次循环的测试，能量效率始终保持在84.4%以上。研究表明，使用经处理的0.6-SPEEK-FDH的电渗析（ED）也表现出高脱盐效率（高达97%）和低能耗（<4.5 kWh·kg⁻¹）。引入具有可调节磺化度的刚性芴单元，为定制化阳离子交换膜（CEMs）提供了一种可行方法，在锌-铁液流电池和电渗析工艺中均显示出巨大潜力。 相关成果以“Rational molecular tuning of SPEEK membranes for high-performance zinc-iron flow batteries and electrodialysis”为题发表在Separation and Purification Technology期刊上。 感谢安徽理工大学张中标团队供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统 （YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供   研究背景 全球对可持续能源和清洁水资源日益增长的需求，是21世纪最严峻的两大挑战之一。太阳能和风能等可变可再生能源的广泛应用，对电网稳定性构成了重大挑战，这促使人们需要高容量且可靠的储能技术，以确保电力供需的持续平衡。与此同时，解决全球淡水短缺问题需要节能的海水淡化和水净化技术。有趣的是，这两个看似不同的技术领域聚焦于一个共同的关键组件：先进的膜材料。离子交换膜（IEMs）是两项重要技术中的关键组件：用于储能的氧化还原液流电池（RFBs）和用于水处理的电渗析（ED）。在氧化还原液流电池中，离子交换膜促进选择性离子传输，同时防止电解质交叉混合，从而维持电池的效率和容量。同样，电渗析系统的性能在很大程度上取决于离子交换膜的特性，使其成为影响工艺效率和分离效果的核心。因此，推进高性能、低成本的膜技术，有望为可持续能源的未来和安全的水资源供应做出独特贡献，推动这些重要领域的协同发展。 在储能和海水淡化技术中，阴离子交换膜（AEMs）和阳离子交换膜（CEMs）是两种关键的离子交换膜。其中，阳离子交换膜（CEMs），尤其是全氟磺酸（PFSA）膜——最著名的例子是Nafion膜，因其优异的质子传导性和出色的化学稳定性，被广泛视为该领域的基准材料。然而，Nafion膜的广泛应用受到几个关键限制的阻碍，例如成本高昂、离子选择性中等以及对交叉效应的高度敏感性，这些最终导致液流电池系统出现严重的容量衰减。同样，在电渗析（ED）中，其低选择性降低了分离效率，而电渗析系统中常用的非均相膜则表现出高电阻和高能耗。因此，开发兼具低成本、高离子选择性、良好离子传导性和优异化学稳定性的新型阳离子交换膜，对于推动储能和电渗析技术的发展至关重要。 已有几类聚合物被研究用作阳离子交换膜的基质，包括聚醚醚酮（PEEK）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）和聚酰亚胺（PI）。其中，聚醚醚酮（PEEK）因其优异的机械强度、热稳定性和耐化学性，已成为一种极具前景的基础聚合物。然而，传统的磺化聚醚醚酮合成方法通常依赖于后磺化法，这种方法往往导致磺化度控制不佳，并且由于使用强磺化剂，可能会导致聚合物主链降解。 基于此，本研究通过将预磺化单体与芴基成分共聚，建立聚合物骨架，制成了高性能磺化聚醚醚酮（SPEEK）膜。利用预磺化单体实现对磺化程度的精确控制，且引入具有卓越化学和热稳定性的芴基，进一步增强了膜的耐久性。最终形成的SPEEK膜实现了水分吸收、膨胀行为、离子电导性和离子选择性之间的最佳平衡。这项工作明确建立了分子结构、材料性质与功能性能之间的相关性。此外，本研究证明SPEEK膜在两种高要求的应用中能够实现高性能：ZIRFB和ED。研究结果凸显了其作为高性能阳离子交换膜的有前景能力，适用于多种用途。   核心内容 1.m-SPEEK-FDH的合成与结构 SDFDPK和m-SPEEK-FDH是按照参考文献中概述的方法制备的。研究团队通过溶液流延法制备了m-SPEEK-FDH膜。具体而   言，将聚合物溶解在NMP中以获得均匀溶液，然后将其流延到玻璃基板上，并在80°C下干燥12小时。所得薄膜的厚度约为50±5μm。 在DMSO中对0.5-SPEEK-FDH、0.6-SPEEK-FDH和0.7-SPEEK-FDH进行了¹H核磁共振光谱分析，确认了预期的化学结构。SEC分析表明，所有聚合物均具有高分子量，表明成功合成了具有预期结构的磺化聚醚醚酮。   2.m-SPEEK-FDH的热稳定性、机械性能和形态   图2. 干燥状态下测得的m-SPEEK-FDH的拉伸强度和断裂伸长率（a）；m-SPEEK-FDH的热重分析（TGA）曲线（b）；m-SPEEK-FDH的红外光谱（c）；m-SPEEK-FDH的X射线衍射图谱（d）。 干燥状态下测得的m-SPEEK-FDH的拉伸强度和断裂伸长率表明，所有膜均具有良好的机械性能。数值范围为3.51%-4.55%。随着磺化度的增加，膜的应力逐渐降低。这可能是由于引入了额外的磺酸基团，这些基团为聚合物结构带来了柔性链段。这些柔性基团增大了刚性芴基聚醚醚酮主链内的链间距，从而减弱了分子间相互作用。同时，也观察到应变有轻微增加。对于湿膜，m-SPEEK-FDH的拉伸强度下降，而断裂伸长率显著提高。总体而言，其机械性能足以满足液流电池和电渗析等应用的需求。 热重分析（TGA）曲线显示，所有m-SPEEK-FDH均呈现出两阶段分解现象。第一阶段（100-450°C）归因于磺酸基团的热分解，第二阶段（集中在450°C左右）归因于聚合物主链的降解。0.5-SPEEK-FDH、0.6-SPEEK-FDH和0.7-SPEEK-FDH膜的热分解温度（Td）分别记录为503.3°C、498.8°C和485.6°C，显示出极佳的热稳定性，非常适合实际应用。 傅里叶变换红外光谱在1235 cm⁻¹和1080 cm⁻¹处观察到的峰分别归属于O=S=O的不对称和对称伸缩振动，而在1025 cm⁻¹处的峰对应于S=O的伸缩振动。在所有X射线衍射图谱中观察到的宽衍射峰表明m-SPEEK-FDH膜具有无定形性质。根据布拉格定律，层间距（d间距）随着磺化度的增加而减小（0.5-SPEEK-FDH：4.29 Å，0.6-SPEEK-FDH：4.22 Å，0.7-SPEEK-FDH：4.09