admin

液流电池电堆（电解液）测试台（台架式/集装箱式/托盘式） 产品矩阵（2026版） 产品一：台架式-1（开放式台架与电堆分体布局，便于更换电堆）   产品二：台架式-2（开放式台架与电堆一体布局，节约占地面积） 产品三：台架式-3（封闭式台架与电堆分体布局，简洁美观，便于更换电堆）（主推）   产品四：台架式-4（封闭式台架与电堆一体布局，紧凑美观，方便整体移动）（主推） 产品五：集装箱式（高度集成，室内/室外均可布局） 产品六：托盘式（前期探索性实验测试，功率小，低成本）   产品七：多堆测试台（按需定制设计） 应用场景分析： （1）电堆开发企业：用于企业开展电堆研发测试或者电堆产线质检测试，电堆由企业提供。 （2）电解液生产企业：用于企业开展电解液研发测试或者电解液产线质检测试，武汉之升新能源可提供国内一流的批量化定型电堆（已在50兆瓦级项目上使用）（5kW/10kW /20kW /30kW /42kW /64kW）。 （3）材料生产企业：用于企业开展膜、电极、双极板的研发测试或者产线质检测试，武汉之升新能源提供可重复拆卸的批量化定型电堆及配套商业化全钒/铁铬/锌溴电解液，同时提供电堆拆装技术培训以及配套的电堆叠压翻吊一体机，实现材料企业具备自主拆卸、组装电堆的能力。 （4）高校研究所机构；用于机构开展电堆结构、电解液、膜、电极、双极板等材料的研发或者小试中试测试，武汉之升新能源提供定制化电堆（百瓦-数十千瓦级）及配套技术服务。 功能特点 功能：液流电池电堆（单堆/多堆）测试台2026版基于成熟的液流电池储能系统集成技术搭建，适用于各种类型液流电池电堆（包括膜、电极、双极板等材料）和电解液的性能评估（主要包括充放电性能、能量效率EE、库伦效率CE、电压效率VE、电解液利用率、单电池电压均匀性、过载能力、液阻测试、内阻测试、高温存储、低温存储、内外漏测试、循环性能等）。满足以下标准要求： NB/T42132-2025全钒液流电池电堆测试方法（修订） NB/T42006-2025全钒液流电池用电解液测试方法（修订） NB/T11779-2025液流电池电解液循环系统技术规范 NB/T11227-2023锌溴液流电池电堆测试方法 NB/T10460-2020锌镍液流电池电堆测试方法 铁铬液流电池第3部分：电堆技术要求及测试方法（能源20240029，制定中） 锌铁液流电池第1部分：电堆技术要求及测试方法（能源20240034，制定中）   特点： 定制生产、结构紧凑；完全集成、防漏设计； 电堆定制、拆装方便；集成温控、长期运行； 安全保护、实时监测；一键上电、操作方便。 2026版亮点 安全保护全面升级，确保测试安全无忧； 数据存储分析查询，测试数据一目了然； 管路功能优化完善，系统维护省时省心； 液流体系量身设计，精准适配不同体系。 适用液流电池体系 根据不同液流体系要求：液-液非沉积型体系+液-固沉积型体系，测试台方案有针对性调整，具体包括： 全钒、混酸、铁铬、锌铁、钒铁、全铁、硫铁、锌溴、锌镍、锌碘、浆料液流、水系/非水系有机等各种液流电池体系。 技术参数表 项目 规格和特点 数量 备注 测试台组成 电堆（选配）、电解液（选配）、管路系统、SOC系统、温控系统、电池充放电测试仪或PCS（选配）、控制管理系统、配电系统、金属框架；     单堆或多堆 单堆：100W~200kW（功率可选）； 多堆：64kW~1MW（功率可选）； […]

第一作者：何新华 徐洲 通讯作者：宰建陶 通讯单位：上海交通大学 DOI：10.1002/aenm.71374 感谢上海交通大学宰建陶团队（第一作者：何新华）校稿！ 工作简介 本文提出一种基于d电子互补性的轨道调控分步催化策略，通过构建NiS/MnS异质结构实现高效的多硫化物转化。得益于Ni（3d⁸）与Mn（3d⁵）的独特电子构型，Ni位点可提供强电子供体能力以加速短链多硫化物的还原反应，而Mn位点则能形成有利于长链多硫化物吸附与活化的空间分布电子态。而且，Ni─S─Mn构型的形成建立了硫介导的界面耦合路径，实现了定向电荷再分配及催化功能的空间分离。理论计算表明该体系中轨道杂化效应增强且费米能级附近的电子密度增加，从而促进快速电荷转移与强多硫化物吸附。当应用于多硫化物液流电池时，NiS/MnS电极表现出更高的能量效率、更优的功率密度以及卓越的循环稳定性。 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 研究背景 全球能源需求的持续攀升与对化石燃料依赖所带来的环境影响，共同加剧了对可持续替代方案的探索，其中太阳能和风能等可再生能源已占据核心地位。然而，这些技术的间歇性特性会威胁电网稳定性，从而迫切需要大规模且成本效益高的储能解决方案。水系氧化还原液流电池（ARFBs）提供了一种极具吸引力的替代方案，其兼具模块化可扩展性、固有的安全性以及实现长时储能的潜力，对于将可再生能源整合至电力基础设施中至关重要。在众多系统中，基于多硫化物的水系氧化还原液流电池（例如S-Fe、S-I型）因低成本以及得益于多电子硫氧化还原化学反应而具备的高理论容量，已成为大规模储能领域的理想候选方案。然而，它们的实际性能仍然受到多硫化物转化动力学缓慢和中间物种积累的严重限制，导致EE低和容量衰减。 核心内容 图1.a)NiMnS/AHGF的制备过程示意图；(b，c)NiMn-LDH的SEM图像及(d)TEM图像；(e)NiMnS的SEM图像；(f)TEM图像；(g)高分辨率TEM图像；(h)NiMnS的HAADF-STEM图像及其元素分布图 本研究采用层状双氢氧化物（LDH）衍生策略来构建NiMnS异质结构。硫化后，前体很容易转化为具有增强导电性和大量暴露活性位点的分级多孔双金属硫化物，从而为多硫化物吸附和催化转化提供了有利的平台。SEM和TEM图像显示NiMn-LDH纳米片具有多孔层状结构；与前驱体NiMn-LDH相比，经硫化处理后的NiMnS仍保持其多孔纳米片结构。 HRTEM图像可清晰观察到两组不同的晶格条纹。其中一组晶格条纹对应于MnS的(200)晶面，其晶面间距为0.262nm；另一组晶格条纹（间距为0.294nm）则归属于NiS的(101)晶面。纳米尺度下NiMnS中这两组具有不同晶面间距的晶格条纹之间的相互连接，证明了该材料存在异质结构。此外，EDS元素分布图显示Ni、Mn和S元素均呈均匀分布且高度相关，表明该材料为均质复合物。 图2.(a)NiMnS的PXRD谱图；(b)NiS、MnS及NiMnS的XPS谱图；(c C 1s、(d)Ni 2p、(e)Mn 2p、(f)S 2p的高分辨率谱图 NiMnS复合材料所有观测到的衍射峰均与NiS和MnS的标准参考图谱精确匹配，证实了复合材料中两种相的共存。XPS全谱分析证实了Ni、Mn、S元素的存在，以及源自表面物种的O 1s和C 1s信号。总体而言，XRD和XPS的实验结果证实了复合材料中NiS与MnS的共存。而且，Ni和Mn的相反结合能偏移清晰地揭示了强烈的界面电子耦合，有望促进电荷重新分布，并有助于提升催化性能。 图3.不同材料的PDOS：(a)NiS，(b)MnS，(c)NiMnS；(d)不同材料的TDOS；(e)NiMnS等值面的差分电荷密度图；(f)NiMnS的差分电荷密度二维切片；(g)S介导的轨道接力机制，可实现Ni–S–Mn体系中的逐步多硫化物催化 在NiS中，Ni 3d态与费米能级（EF）附近的S 3p轨道呈现强耦合，表明其具有较高的本征电子活性和良好的电子传递能力；相比之下，MnS则显示出更分散的Mn 3d态，且在EF附近电子密度较低，提示其电子结构相对局域化。当形成NiMnS异质结构时，可观察到Ni 3d、Mn 3d与S 3p态之间明显的轨道杂化，导致EF周围电子分布更加离域。电子重构连接了富电子的Ni位点与缺电子的Mn位点，建立了能够实现协同催化的内部电子转移路径。TDOS分析进一步显示与NiS和MnS相比，EF附近电子态密度有所增加，表明电子导电性增强且界面电子活化程度更高，表明异质结构内形成了高效的电荷传输路径，对于加速多硫化物的氧化还原反应至关重要。此外，电荷密度差揭示了存在一种由硫介导的界面耦合路径：硫原子充当电子桥，将Ni与Mn中心连接起来，从而实现了在Ni–S–Mn构型中定向的电荷重新分布。 因此，对于Ni位点，近乎填满的3d轨道在与S的3p轨道相互作用时会产生强烈的π排斥效应，从而导致形成反键特征，并使Ni–S界面处的电子密度趋于不稳定；相比之下，具有高自旋3d⁵构型的Mn位点则拥有部分未占据的d态，能够通过从S的3p轨道进行π给电子而有效接受电子密度，进而形成更为稳定的Mn–S相互作用。正是不对称的轨道相互作用驱动了硫原子作为电子媒介物，连接Ni与Mn中心，使得沿Ni–S–Mn路径可实现定向的电荷重新分布。 图4.(a)NiMnS的模拟结构及与S²⁻、S2²⁻、S4²⁻相互作用时的优化中间吸附构型；(b)NiS、MnS和NiMnS表面吸附S²⁻、S2²⁻、S4²⁻的优化结构；(c)不同电极材料的CV曲线；(d)NiMnS在不同扫描速率下的CV曲线；(e)NiMnS上的峰电流拟合线随扫描速率平方根的变化关系；(f)不同电极在Na₂S₄溶液中的Tafel斜率；(g)NiMnS在非法拉第区间内的CV曲线；(h)不同电极对应的CdL值比较；(i)不同电极材料的EIS图 DFT计算所得吸附能表明，在所有候选材料中，NiMnS表现出最负的Eads值，证实了其对多硫化物中间体具有热力学上有利的化学吸附特性。增强的吸附能力源于Ni与Mn位点间的协同作用，该作用可有效锚定可溶性多硫化物并促进其氧化还原动力学过程。 此外，CV测试显示与AHGF、NiS和MnS相比，NiMnS表现出显著增强的氧化还原峰电流及降低的极化现象，表明其多硫化物转化动力学加速。而且，NiS与MnS显示出不同的催化偏好：NiS更倾向于短链多硫化物的还原，而MnS对长链多硫化物更为有效。NiMnS复合材料能协同整合这两种活性位点，从而在整个硫还原路径上实现催化效能的整体提升。而且，塔菲尔分析显示在Na2S4电解质中，MnS表现出比NiS更低的塔菲尔斜率，表明对长链多硫化物转化具有更优的催化活性；相反，在Na2S2电解质中，NiS显示出更低的塔菲尔斜率，证明在短链多硫化物还原方面更具优势。显著的催化偏好直接反映了Mn和Ni位点的内在电子特性。因此，NiMnS在两种体系中均表现出较低的塔菲尔斜率，证实了该异质结构能有效整合Ni与Mn的互补功能，并实现高效的多硫化物逐步转化。此外，ECSA显示NiMnS电极表现出最高的双电层电容（Cdl），意味着拥有更多可接触的活性位点及更有效的电化学界面。EIS进一步揭示，NiMnS在所有电极中具有最低的电荷转移电阻，表明界面电子传输能力得到显著增强。总体而言，实验结果证明NiMnS优异的电催化性能源于其对增强的多硫化物吸附、加速的电荷转移以及轨道调控的分步催化功能的协同整合。 图5.(a)所提出的SFeFB电池配置示意图；(b)基于AHGF、NiS@AHGF、MnS@AHGF及NiMnS@AHGF电极的S-Fe FB在20mA cm⁻²下、50%SOC条件下的首次充放电曲线；(c)S-Fe FB在50% SOC条件下的放电极化与功率密度曲线；(d)在50%SOC条件下，不同电流密度下获得的充放电极化曲线；(e)S-Fe FB在50%SOC条件下，不同电流密度下的倍率效率；(f)基于NiMnS@AHGF和AHGF电极的S-Fe FB在20mA cm⁻²下的恒电流循环EE；(g)文献中关于多硫化物液流电池系统EE的数据对比 基于NiMnS@AHGF的S-Fe FB实现了110.6mW cm⁻²的峰值功率密度，优于采用AHGF的S-Fe FB（45.6mW cm⁻²）、NiS（97.5mW cm⁻²）及MnS（88.3mW cm⁻²）的性能。充放电曲线中显著减小的电压差进一步证实了NiMnS@AHGF电极优异的氧化还原可逆性。此外。NiMnS@AHGF电极在所有测试电流密度下均保持优异的CE>99%，表明有效抑制了多硫化物穿插现象。同时，在20mA cm⁻²下，NiMnS@ AHGF的EE达到90.5%，优于AHGF（78.2%）及单金属硫化物复合材料（NiS@AHGF：85.9%；MnS@AHGF：80.4%）。在80mA cm⁻²下，NiMnS电极仍保持66.3%的性能，显示出相较于AHGF电极（40.7%）的显著优势。与AHGF电极相比，NiMnS@AHGF在不同电流密度下均能维持更高的VE，进一步证实了NiMnS异质结构所固有的增强电化学动力学和减弱极化特性。S-Fe FB体系的循环耐久性在20mA

液流电池高低温一体测试台（GDY-1） 2026款产品简介 功能特点 功能：液流电池高低温一体测试台集成液流电池单电池测试系统（标配8套）、高低温环境实验箱、充放电测试仪及控制管理系统于一体，主要用于评估单电池及核心材料（膜、电极、电解液、双极板等）在不同温度下的性能变化规律，为科研用户提供完整实验数据（如能量效率EE、库伦效率CE、电压效率VE、循环性能、极化曲线、功率密度曲线、充放电容量、充放电能量、充放电曲线、自放电性能等）； 特点：控温精准、高度集成、外观精致、密封良好、材料易于更换、整体移动、便于参观展示。 适用体系 根据不同液流体系要求：液–液非沉积型体系+液–固沉积型体系，单电池的材料和结构有适当调整； 全钒、混酸、铁铬、锌铁、钒铁、全铁、硫铁、锌溴、锌镍、锌碘、浆料液流、水系/非水系有机等各种液流电池体系。 技术参数 用户论文 截止2025年12月底，采用我司液流电池测试设备累计发表论文300余篇 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》

第一作者：潘律名，穆永彪 通讯作者：曾林，魏磊，赵天寿 通讯单位：南方科技大学 DOI：10.1016/j.pmatsci.2026.101787 感谢南方科技大学赵天寿院士团队（魏磊老师）校稿！ 工作简介 本综述旨在通过探讨杂原子功能化碳基材料的最新进展及其对提升RFBs电化学性能的显著影响，以解决长期存在的分歧。文中评估了多种基底材料，涵盖传统碳毡、纸张、织物，以及新兴的静电纺丝纤维和生物质衍生纤维等；同时，系统讨论了其处理方法，包括热处理、化学处理及电化学处理等技术；重点阐述了氧、氮及多元素掺杂的作用，并对未来单原子与双原子催化剂的发展进行了展望。 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 研究背景 选择最优电极材料对于实现液流电池（RFBs）的卓越性能至关重要。电极材料需具备高电导率、大比表面积、强机械强度，以及在电解液中优异的稳定性与电催化活性。先进的电极设计是降低液流电池整体成本的关键所在。液流电池的主要成本往往源于金属电解液和电堆，后者由耐久的离子交换膜及石墨碳等相对昂贵的材料构成。降低成本的有效途径之一便是用更经济的有机氧化还原电对替代昂贵的金属电解液；此外，降低电堆的成本对于构建基于特定氧化还原电对的更具成本效益的系统而言尤为关键。需要明确的是，电池电堆的初始投资与电池单元性能密切相关，包括在工作电压范围内所呈现的功率密度与电流密度。此类性能受电极影响显著，电极不仅会通过欧姆损耗导致系统极化，还会通过活化极化与浓差极化引发极化现象。因此，开发能够有效缩小电池电堆尺寸并相应降低相关成本的高性能电极，可视为降低液流电池整体成本的直接且高效的策略，电极技术的进步对于提升此类储能系统的经济可行性具有基础性意义。 核心内容 1.用于水系RFBs的碳材料分类 图1.水系RFB系统中不同类型的碳电极：CF、CP、CC及ECF 各类碳材料，如碳（石墨）毡（CFs、GFs）、碳纸（CPs）、碳布（CCs）及静电纺丝碳纤维（ECFs）均被应用于不同类型的水系RFBs中，如图1所示。尽管含碳材料的组成相似，但制备工艺与性能特性存在显著差异。制备过程始于将聚合物前驱体通过干法纺丝、湿法纺丝或熔融纺丝转化为纤维，纤维构成了所有碳电极的结构基础。随后，制造业分为三条主要路线：CC和CF利用既定的纺织工业技术，长丝在通过织造（CC具有不同的经纱和纬纱）或针织（CF产生松散的三维网络）加工成织物之前，先进行纺纱和加捻。相比之下，CPs遵循独特的制备工艺：首先对纤维进行碳化处理，随后将其切断并与树脂混合，最后经过压合、干燥及高温石墨化处理，从而获得致密且各向同性的结构。而ECFs则占据着独特的技术定位，通过电纺丝技术，在高压电场作用下将前驱体溶液纺成超细纤维，并直接收集成型。尽管这些材料的成型方法存在显著差异，但所有材料最终均需经过严格的碳化与石墨化处理，以达到所需的电化学性能。除上述工业级制备工艺外，新兴策略如生物质衍生碳化法（例如利用木材）和非溶剂诱导相分离法（NIPS）也展现出良好的应用前景，不过当前高性能研究仍主要集中于碳纳米管（CCs）、碳纤维（CFs）及碳纤维（CPs）的精细化改性领域。这些在制备工艺上存在的根本差异直接决定了材料内部的纤维拓扑结构，进而调控着孔径分布与传质特性。 图2.不同电极的孔隙率与传质特性对比 制备工艺的差异会导致不同电极材料具有不同的孔隙分布及传质特性。虽然CF和CP通常表现出非织造无规纤维形态，但CC具有规则的编织结构。对比CP与CC的孔径分布特征，CP呈现出最窄的分布曲线，孔径最小，主要集中在10μm附近（图2a）；而CC则因编织结构特性呈现更宽泛的分布范围（图2b），结构包含纤维束内的微孔以及纤维束之间的大孔（可达40–50μm）。这些结构差异在机械压缩条件下依然存在：当压缩比（CR）从0%增至50%时（图4c–e），三种材料的孔径均显著减小；CF（图2c）与CP（图2d）在整个压缩过程中仍保持相对均匀的孔径分布，归因于其随机取向的纤维网络结构；此外，CP初始孔径小于CF的现象源于其制造过程中的压延工艺；相反，CC在所有压缩阶段均始终保留经纱与纬纱交点处显著的大孔结构（图2e）。如图2f所示，不同电极的孔隙率随CR增大而降低，但下降趋势各异：CC与CF呈现“先缓后急”的下降规律，可归因于其相对松散且具有弹性的结构能在低压力下提供机械支撑，直至纤维骨架在较高载荷下发生坍塌。具体而言，当CC的CR值超过20%时，其渗透率会迅速下降，表明纱线连接处的电解液通道发生过度形变，从而消除了织物结构固有的流体传输优势；相比之下，CP的孔隙率则随CR的增加而近乎线性降低，反映了致密、纸状结构所呈现的各向同性压缩响应特性。孔隙率的持续降低会导致渗透率下降及泵送损耗增大。除传质过程外，CR的变化还会通过改变电极内部的接触条件而显著影响电化学性能。如EIS测试结果所示（图2g），所有电极的欧姆电阻均随CR的增加而降低，是由于纤维间以及电极与集流体之间的接触得到了改善所致。 图3.PEMFCs中的气体扩散层与水系RFBs中的多孔电极的对比 CFs广泛应用于商业化RFB系统；而其他碳材料则主要源自PEMFCs，旨在为单个电池实现高功率密度。然而，如图3所示，这些碳材料在水性RFB与PEMFCs中的作用存在根本差异：在PEMFCs中，碳材料可促进气体传递并支撑发生电化学反应的薄膜催化剂层，因此被称为“气体扩散层”；相比之下，在水性RFB中，碳材料被液态电解液充分浸润，并作为氧化还原反应的发生位点，称为“液相扩散层”。 此外，PEMFCs与RFBs中的传质机制存在根本性差异，源于二者所采用的气态与液态工作流体。在PEMFCs中，反应物传输主要由气体对流及通过多孔介质的扩散主导，并与多相现象紧密耦合；相比之下，水基RFB则依赖于对流流动以及电解液填充的多孔电极内溶解氧化还原物种的液相扩散。因此，PEMFCs中的浓差极化现象与气体可及性及水分管理密切相关，而RFBs中的浓差极化则主要受电解液分布、物种扩散以及多孔电极内的下肋对流所支配。电池性能由其结构与物理化学性质共同决定。此外，表面特性如官能团数量、石墨化程度及亲水性会显著影响氧化还原对的动力学行为。另外，研究人员常将丰富的纳米级碳材料引入这些电极中，以增强其氧化还原活性。碳材料的表面通常经过有意或不可避免的改性，引入多种官能团，从而深刻影响氧化还原对的吸附与解吸过程，进而决定其催化活性。 1.1碳（石墨）毡 碳（石墨）毡由直径范围从数微米至数十微米的碳纤维构成，是RFB中最广泛使用的电极材料。前驱体主要分为两类：聚丙烯腈（PAN）和人造丝。前驱体的碳化温度对其物理化学性质具有显著影响。CF与GF之间的主要区别在于碳化温度：CF由经相对较低碳化温度处理的碳纤维组成（PAN基纤维为1200°C，人造丝基纤维为1600°C），其产物主要呈现非晶相；而GF则由经较高碳化温度处理的碳纤维组成（PAN基纤维为2000°C，人造丝基纤维为2200°C）。在更高处理温度下，碳的基面会逐渐沿纤维轴方向取向，因此，与CF相比，GF通常具有更高的石墨化程度和更低的氮含量。由此可见，不同类别碳毡的物理化学性质存在显著差异，导致经过相似表面处理后，其电化学活性与化学稳定性亦会出现差异。 前驱体材料的选择与石墨化程度对液流电池中氧化还原电对的反应动力学具有关键影响。Zhang等观察到两种GF之间的显著差异，发现粘胶纤维衍生的毡通常呈现纤维束状结构，而PAN衍生的毡则显示出细小的表面沟槽，有助于PAN基GF获得更高的比表面积。Zhong等全面探讨了两种前驱体对GF物理化学性质的影响，发现粘胶基GF在后续处理过程中易被氧化，形成C=O键；而PAN基GF则更具抗氧化性，能形成C-O键。粘胶毡中更强的氧相互作用可归因于其微晶结构。在另一项研究中，Chang等考察了不同CF作为VRFB电极时的电学、力学及形貌特性。他们的研究表明由夹紧力控制的压缩比是平衡总界面接触阻力和液体传输阻力的关键参数。总体而言PAN基毡的导电性优于人造丝基毡。Schweiss等人指出无论采用何种前驱体（PAN或人造丝），原始的碳基或石墨基毡往往存在润湿性不足的问题，给促进快速反应带来了挑战。为解决此问题，需通过调控石墨化过程及进行氮掺杂，以显著提升润湿性与电化学性能。 1.2碳纸 近年来，提升单个电芯性能已成为一种普遍趋势，提高电芯效率可减小电堆尺寸，从而降低双极板、隔膜及电极等重复性组件的成本。在此背景下，由碳纤维构成的CP正日益被用作RFB的电极材料。相较于碳毡，碳纸具有更薄、更致密的结构特性，将作为RFB电极可显著降低电导率、接触电阻及离子电阻，进而降低电池内部电阻。然而，碳纸本身硬度高且脆性大，压缩性极低，使得大多数RFB需采用流过式运行模式。在该模式下，石墨化流场可提供机械支撑，使碳纸能够实现紧密组装而不会损伤其结构。这种配置下的流场能有效将电解液分布至整个活性区域，从而降低电极处的质量传递阻力。 CPs的优良特性使得RFBs能够以紧密的构型组装，类似于燃料电池中的膜–电极–组件结构，也被Mench团队称为“零间隙结构”。研究发现，该结构的内部电阻仅为0.5Ω cm²，低于传统流过式结构中观测到的数值（3.5和5.4Ω cm²）。因此，该结构实现了557mW cm⁻²的峰值功率密度，约为先前报道结果的五倍。随后，该团队采用动态氢参比电极，通过极化曲线分析方法，考察了不同类别CPs及不同热处理条件下VRFBs的过电势。研究表明来自SGL的CPs相较于其他CPs表现出更优的性能，其中负极侧对过电势的贡献尤为突出。此外，经环境空气预处理的CPs与原始CPs相比，其功率密度提高了16%，归因于其上接枝的含氧官能团（OCFGs）。鉴于此，同一组在富氧环境中对CP进行了热处理，预计会有更多的OCFG接枝到CP表面。然而，经改性CPs的VRFBs性能进一步提升可归因于其增大了比表面积，而非功能基团的作用。类似地，研究人员在CPs表面引入了一层多壁碳纳米管（MWCNTs）以增加活性面积；当该薄层位于最靠近负极集流体的位置时，采用此结构的电池可实现功率密度提升8%。Liu课题组也在VRFBs用CPs的早期研发阶段做出了重要贡献，该课题组研究了不同表面处理方式对钒反应氧化还原动力学的影响，并针对CPs表面的V(II)/V(III)氧化还原反应提出了内球机制。 通常，为增强电化学活性，原始CPs需经过表面功能化处理以改性其理化性质。表面处理方法包括热处理、水热处理及化学处理。一般而言，表面功能化不仅能在纤维表面生成官能团，还能增大比表面积（SSA），两者均有助于提升氧化还原反应的活性。然而，Goulet等人研究了表面处理后润湿性对氧化还原反应的影响。他们的研究表明通过电化学氧化处理所获得的增大电化学比表面积，可同时提高V(II)/V(III)和V(IV)/V(V)两种氧化还原反应的速率；而氧化过程中产生的OCFGs对钒的氧化还原反应影响甚微。最近的一项研究还利用三维格子Boltzmann方法，强调了表面润湿性对V(IV)/V(V)氧化还原反应的重要性。 除直接将CPs用作VRFBs的电极外，还可在CPs表面引入多种元素（如氮）以改性其物理化学性质，从而增强其电化学活性。此外，金属基催化剂，包括WO3,Pt、TiN、MoO3,TiC、In和MnO2已通过原位浸渍法沉积在CP表面上或使用粘合剂固定。金属基催化剂通常已被证实可电化学催化钒的氧化还原反应，但其在苛刻环境下的化学稳定性尚未通过长期循环测试得到全面评估。 除VRFBs外，CPs还被用作其他RFB系统中的电极，包括FeH₂-RFB、锌–铈RFB以及H₂–溴RFB。CPs已在快速增长的有机RFB领域得到广泛应用，在该领域通常采用紧凑型电池配置，以最大限度降低内阻并实现高电池性能。然而，CPs的特征是相较于CFs，其孔隙率相对较低而纤维密度较高，可能导致在较高电流密度下出现显著的质量传递极化现象；因此，CPs所带来的电池性能提升（即更高的功率密度与更优的EE）可能需要抵消由此产生的增强的寄生泵负载，为将CPs用作大规模RFB系统中的电极带来了挑战。例如，Mayrhuber等人通过在CPs上制备具有不同孔径的额外孔洞，以改善商用CPs中的质量传递性能；他们的研究结果表明经激光穿孔处理的CPs在液态电解液中表现出更优的质量传递行为。 1.3碳布 碳布（CC）是一种编织碳纤维，已被广泛用作燃料电池中的气体扩散层（GDL）。由于相对有序的结构，气体可轻松渗透至反应表面，从而实现优异的质量传递效果。RFBs面临的质量传递挑战比燃料电池更为显著。最近的一项建模研究已证实了此观察结果。此外，CCs具有柔韧性且机械性能稳健，使其特别适合用于RFBs，因能在组装过程中提供必要的压缩力。 实验方面，CC最早于1991年由Kaneko及其同事作为RFBs的电极进行了研究，他们比较了两种类型的CC的电化学反应活性。纤维素基CC在反应活性方面优于PAN基CC。然而，在当时，CC的比表面积较低且疏水性较强，主要是因为它们最初是为燃料电池应用而设计的。近年来，得益于开发出具有针对RFBs定制化表面性质的CC，CC在RFBs中的应用重新焕发了活力。例如，ELAT亲水型CC专为RFB系统中的液体传输而设计。Zhao团队已对不同类型的RFBs采用了热处理或碱活化的CC。所有经过处理的CC在RFBs的运行中均表现出优异的电池性能。此外，一些疏水型CC还经过氮功能化处理，以增强其亲水性和电化学动力学性能。 1.4电纺碳纤维 具有较大电活性表面积的ECFs已成为RFBs中极具前景的电极材料。与直径约为数微米的CFs和CPs中的碳纤维相比，ECFs中的纤维直径显著减小，从而大幅提升了比表面积；此外，通过调整静电纺丝工艺中的若干参数，可对碳纤维的直径进行调控。调整是平衡可用于氧化还原反应的表面积与质量传输所需的渗透性所产生的一种结果。Yan课题组与Flox课题组在制备用于VRFBs的非织造ECFs作为电极方面开展了开创性研究。Yan等人证实，碳化温度和时间是影响钒氧化还原行为的关键参数。当碳化温度范围在700°C至1300°C之间时，表面官能团是决定电化学活性的主要因素。然而，当温度从1300°C升高至1500°C时，石墨化过程中边缘平面的形成会显著影响电化学动力学。此外，在碳化过程中引入铁催化剂可增强ECFs的石墨化程度。 图4.ECFs的多种改性方式 绝大多数ECFs均采用PAN作为前驱体，且前驱体浓度各不相同。ECFs的纤维直径随PAN浓度的增加而增大。Zeng等人通过将PAN浓度从9wt%提高至18wt%，合成了平均直径从0.28μm增至1.82μm的碳化纤维，如图4a所示。此调整使得中位孔径几乎呈线性增长（从1.32μm增至9.05μm），显著降低了钒离子传输阻力，同时并未影响电化学活性。此外，木质素作为一种成本低廉、可再生的生物材料，已被用作制备VRFBs用独立ECFs的前驱体。然而，一个持续存在的挑战是：增大纤维直径以提高渗透性往往会导致比表面积急剧下降，从而增加活化过电势。为了解耦这两个相互竞争的因素，研究人员开发了多种策略来制备多孔ECFs，通常通过引入特定的成孔前驱体或次级相来实现。例如，Sun等人提出了几种利用金属盐或聚合物共混物构建分级多孔ECFs的通用策略。其中一种方法是，使用金属Ni纳米颗粒作为催化剂，在ECF表面生长出一层碳纳米纤维的次级结构，经过酸蚀后形成分级结构（图4b）。在随后的方法中，他们使用木质素/PVA/PTFE水性系统开发了高度多孔的微纤维，其中PTFE纳米粒子充当牺牲模板，在碳化过程中分解，留下开放的表面孔（图4c）。该合理设计成功解耦了纤维直径与比表面积之间的权衡关系，使VRFB能够在高达400mA cm⁻²下实现高达79.1%的优异EE。 此外，多种纳米材料已被引入ECFs中，以进一步增强其电催化活性，尤其对V(II)/V(III)氧化还原反应而言。然而，复合电极的长期稳定性在上述研究中并未得到全面分析，因为这些纳米颗粒不仅可能因电解液流动而从ECFs上脱落，还可能在苛刻环境中发生溶解。 除了具有能增强氧化还原反应电化学动力学的较大比表面积外，还需注意ECF基质中异质原子的存在。即使ECFs在高达1500°C的温度下碳化，仍会保留一些含氧和含氮官能团。He等人通过向前驱体溶液中添加尿素，有意将氮含量提高至2.3at.%，因为氮掺杂所导致的表面缺陷和亲水性显著增强，从而大幅提升了V(II)/V(III)氧化还原反应的速率。受此启发，Shi等人还将包括氮和硼在内的其他异质原子共掺入CNF基质中。他们证实氮与硼之间的相互作用决定了对V(IV)/V(V)反应的催化活性。此外，通过化学气相沉积（CVD）将ECFs沉积到现有电极上，可进一步增加电活性位点，从而使电解液中的更多钒离子能够被改性后的电极吸附。 然而，近期研究已凸显了与ECFs相关的固有传质问题。由于ECFs由纳米级纤维构成，其孔径较小，当采用独立式ECFs作为电极时，会引发显著的传质阻力。Xu等人直接应用超薄独立ECF（约50μm厚）作为VRFBs的电极。虽然VRFBs的欧姆电阻显著降低，但由于ECFs的孔径较小，导致严重的浓差极化现象，限制了其在低电流密度下的运行。即使在40mA cm⁻²下，电解液利用率也低于70%，表明必须精心设计ECF的孔径和结构。为解决此问题，同一研究团队采用水平反向共混电纺丝法制备了孔径更大的ECFs。在此方法中，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）以相反方向电纺丝，随后用溶剂去除，从而在最终的ECFs中形成更大的孔隙。该方法有效降低了当ECFs作为VRFBs电极时的质量传输阻力。Liu等人通过使用更高浓度的前驱体溶液来增大纤维直径，解决了ECFs中的质量传输问题。当PAN的浓度从10 wt%增加到13wt%时，平均纤维直径从500nm增至1200nm。最大纤维直径（1200nm）及相应的孔隙率（85%）均完全处于Kok的多物理场建模研究建议的范围内。研究表明平均纤维直径为1–2μm且孔隙率高于85%的电极可在VRFBs中实现最佳性能。除增大孔径外，还提出了其他特殊结构，如定向纤维结构、双尺度纤维结构和束状纤维结构，以增强纤维基质内的电解液传输，从而提升电池性能。例如，Sun等人通过增加相对湿度和收集器旋转速度，制备了单轴取向ECFs（图4d），所得大直径纤维（7–12μm）显著提高了面内和面外水力渗透性。这种结构取向有效降低了浓差极化效应，尤其在垂直于流动方向的排列方式下更为明显。为进一步解决表面积与渗透性之间的权衡问题，研究人员采用双喷嘴静电纺丝技术，将多孔碳纳米纤维编织入定向微纤维支架中，开发出了双尺度ECF结构（图4浓度极化-2下实现了1.9W cm-2的显著峰值功率密度和79.3%的EE。另一方面，发现在制备的ECF上用层状结构装饰氧化石墨烯（GO）对电解液扩散无效。 1.5.其他复合碳材料 近年来，其他至少有一个维度可降至纳米尺度的碳材料已作为RFB系统中的电极材料出现。这类纳米结构材料的主要缺点在于其分散性，要求它们必须支撑在底层碳基底的表面。通常，这些材料被支撑在CF、CP或CC的表面，而非直接用作独立电极。引入纳米结构碳材料可带来若干优势：首先，其比表面积显著增大，从而进一步提升了电极产生的总电流；然而，部分表面积可能无法参与氧化还原反应。其次，可通过改性材料表面特性来促进氧化还原反应，例如引入能够增强表面氧化还原反应可及性的官能团。典型实例包括多壁碳纳米管、介孔碳及纳米结构复合材料。此外，纳米结构材料既能保持碳基材料固有的优异导电性，又能在原始电极中保留纤维间的大孔结构，保留对于确保电池系统内电解液的无阻碍流动至关重要。 1.5.1碳纳米管基复合电极 碳纳米管已被广泛负载于GF和CP上，不仅可增强原始电极的比表面积，还能通过表面功能化过程催化氧化还原反应。通常，这些过程通过热处理或水热处理实现。通过调节这些处理的强度，可精确调控接枝官能团的数量与类型。功能化的碳纳米管可通过粘合剂锚定至支撑材料，或直接通过化学或物理气相沉积工艺生长于CF上。然而，Manahan等人在VRFBs的CP表面引入了薄层MWCNTs。当该薄层应用于负极侧时，VRFB表现出比同层结构应用于正极侧更低的电位极化值，归因于MWCNTs的高比表面积。此外，被称为“bucky papers”的独立MWCNTs亦已被用作无底层碳基底的VRFBs电极。由于制备所得bucky papers的孔隙率较低，传质问题仍是关键关注点。 图5.基于碳纳米管与石墨烯的复合电极 Zhu等人采用聚偏氟乙烯（PVDF）作为粘结剂，在石墨上包覆了碳纳米管。当碳纳米管含量达到5wt%时，该复合电极在V(IV)/V(V)和V(II)/V(III)氧化还原反应中均表现出优异性能，归因于碳纳米管的高电导率。Li等人通过将碳纤维浸入碳纳米管溶液中，再干燥24小时，实现了碳纤维表面覆盖碳纳米管（图5a）。他们研究了具有不同含氧官能团的碳纳米管的电化学动力学特性，发现含有羧基官能团的电极对V(IV)/V(V)氧化还原反应的电活性优于含有羟基官能团或原始多壁碳纳米管的电极。同一研究团队还将羧基功能化的多壁碳纳米管附着于碳纤维上，以评估VRFB的电化学性能。采用0.94wt%多壁碳纳米管负载的碳纤维制成的电池，其EE达到82.0%，比使用原始碳纤维的电池高出4.9%。Lv等人评估了具有不同壁数的CNT对V（IV）/V（V）氧化还原反应的影响，并得出了类似的结论。他们还强调了平衡碳纳米管中OCFG含量与缺陷的重要性，过量的缺陷会降低电导率，从而损害V(IV)/V(V)氧化还原反应的可逆性。然而，Friedl等人在GC上制备了表面功能化的多壁碳纳米管，并利用EIS研究了氧化还原活性。他们发现多壁碳纳米管上的表面官能团不仅损害了V(IV)/V(V)氧化还原反应，还促进了Fe(II)/Fe(III)氧化还原反应。除了将碳纳米管直接涂覆于原始电极上外，通常还会采用CVD法或原位碳化工艺，在碳纤维、碳棒等基底上原位生长碳纳米管，以确保更好的结构完整性。例如，Liu等人开发了一种原位生长策略，通过将硝酸预处理与液相浸渍及随后在1000°C下碳化相结合，成功在碳纤维上生长出空心管状纳米管（图5b）。该方法可获得均匀的纳米管阵列，这些纳米管与纤维基底实现了化学整合（图5c），从而提供了更大的电活性表面积和更易接近的电解液通道。与传统的直接涂覆方法相比，原位生长方式能够确保牢固的界面附着和结构完整性，有效防止活性材料在流动电解液的持续剪切作用下脱落。 基于碳纳米管的材料亦已被研究作为传统三电极电池中Br⁻/Br³⁻的电活性材料。在碳纳米管表面引入OCFGs不仅增加了其比表面积，还促进了该氧化还原反应中的电子转移过程。因此，Munaiah等人将功能化单壁碳纳米管锚定于CFs表面以制备ZBFBs。使用该电极时，该电池相较于采用原始CFs的电池表现出更高的EE和循环稳定性。此外，还可采用纳米结构材料作为支撑基底来沉积其他金属或金属氧化物，从而进一步增强氧化还原反应的电化学活性。预计碳纳米管将继续被广泛用作表面增强材料，以提高氧化还原反应的表观电流，并将与氮等其他杂原子接枝，以增加这些氧化还原反应动力学。然而，碳纳米管增强氧化还原反应的具体机制尚不明确，有待进一步研究。此外，碳纳米管的组成应得到更深入的探讨，尤其是考虑到近期研究已指出碳纳米纤维中的杂质对氧化还原反应的贡献。 1.5.2石墨烯/氧化石墨烯基复合电极

本网站免费 帮助企业或课题组招聘液流电池人才 精准覆盖液流电池行业人员1万余人 有需求请添加微信号（15623629574）   课题组简介 钱雪峰，上海交通大学化学化工学院长聘教授、博士生导师。长期致力于功能纳米材料设计、无机材料合成及能源催化转化等领域研究，在纳米结构调控、界面工程及先进能源材料方面取得了系列创新成果。 宰建陶，上海交通大学化学化工学院副教授，上海市高层次人才。主要围绕无机功能材料设计与制备、电化学能源存储与转换、催化材料及界面调控开展研究，致力于发展面向能源存储与环境催化的新型材料体系。 钱雪峰、宰建陶课题组围绕国家“双碳”战略和能源转型需求，聚焦先进无机材料构筑、电化学储能及催化转化技术，通过材料精准合成、界面结构调控、多尺度表征及电化学机制研究，发展新一代高性能能源材料与器件。课题组研究成果发表于 Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、Appl. Catal. B: Environ. 等国际高水平期刊。 现面向国内外公开招聘优秀博士后，诚邀具有创新意识和科研热情的青年人才加入团队，共同开展高水平原创研究。有意者请将个人简历发送至：Email：zaijiantao@sjtu.edu.cn   一、招聘方向 方向一：无机功能材料设计、合成及催化性能研究 围绕先进无机材料的可控制备与催化应用，开展： 新型无机纳米材料、异质结构材料及复合材料的设计与合成； 缺陷工程、界面工程及电子结构调控； 多金属活性位点构筑及催化机制研究； 面向能源转化、环境催化及资源循环利用的催化材料开发。 方向二：固态电池关键材料与界面调控 围绕下一代高安全、高能量密度储能技术，开展： 固态电解质材料设计与制备； 固态电池电极/电解质界面调控； 离子传输机制及界面反应研究； 高性能固态锂电池、钠电池等新型储能体系开发。 方向三：液流电池及大规模储能技术 面向大规模储能需求，开展： 水系液流电池关键材料开发； 电极催化材料设计与界面调控； 电解液体系优化及电荷传输机制研究； 新型高性能液流电池体系构筑。   二、招聘岗位 博士后年龄一般不超过35周岁，已获得博士学位或已通过博士学位论文答辩；具有以下相关专业背景之一：材料科学与工程；化学；化学工程；电化学；能源材料；无机材料等相关领域；具有无机材料合成、电催化、储能材料、电池体系等相关研究经验；近3年以第一作者身份发表过高水平SCI论文；具备独立开展科研工作的能力，具有良好的英文阅读、写作及国际交流能力；具有严谨的科研态度、良好的团队合作精神和学术诚信。   三、岗位待遇   1.具有竞争力的薪酬待遇：博士后基本年薪不低于24万元（税前），具体待遇根据申请人的科研背景和成果水平协商确定；支持申请国家博士后创新人才支持计划、国家资助博士后研究人员计划、上海市博士后相关人才项目等，获资助者按照学校政策享受相应待遇。 2.良好的科研环境：提供充足稳定的科研经费支持；配备先进材料制备、电化学测试及结构表征平台；支持参加国内外学术会议及开展国际合作交流。 3.完善的人才发展保障：按照上海交通大学博士后管理政策办理相关手续；享受社会保险、公积金等福利待遇；支持博士后在站期间及出站后职业发展；优秀博士后可根据上海交通大学相关政策申请长聘教轨岗位。   四、申请方式 请有意申请者将以下材料发送至：zaijiantao@sjtu.edu.cn；邮件标题请注明：“博士后申请 + 姓名 + 研究方向”。申请材料包括： 个人简历（含教育经历、科研经历、代表性论文）； 研究成果简介； 未来研究计划。 课题组将对申请材料进行审核，并安排面试。

第一作者：杨灿 通讯作者：赵天寿 通讯单位：南方科技大学 DOI：10.1016/j.apenergy.2026.128528 感谢南方科技大学赵天寿院士团队校稿！ 工作简介 针对钒–氧液流燃料电池（VOFC），本研究开发了一个经针对性实验验证支持的数值模型，用以阐明极化损耗的成因并确定电池性能优化策略。基于该数值模拟结果的指导，研究人员将铋纳米颗粒电沉积于电极纤维上，提升了阳极反应动力学，并将阳极损耗降低了近83%。经过优化设计后，电池实现了213mW cm⁻²的峰值功率密度，较对照组提高了约177%。 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 研究背景 化石燃料的日益广泛使用及其相关的环境影响加速了间歇性可再生能源的采用，从而催生了对可靠长时储能的需求。氧化还原液流电池因可扩展性、安全性及耐久性而备受青睐，其中VRFBs是最成熟的技术。然而，受到钒盐高成本和正极电解质热稳定性差的限制，在45℃以上条件下，正极电解质可能析出五氧化二钒。为解决这些局限性，Skyllas-Kazacos等人开发了钒–氧燃料电池（VOFC），该电池中氧气替代了正极钒电解质。放电过程中，V²⁺被氧化为V³⁺，而氧气则被还原为水。直接从空气中供应氧气可减少近半量的钒电解质，从而降低成本并拓宽工作温度范围。其可充电的液态燃料和催化剂需求也使得VOFC在大规模可再生能源存储领域展现出广阔前景。 核心内容 1.运行参数优化与极化损耗分析 图1.VOFC的极化曲线及反应过程研究 将阳极电解液流速从1mL min⁻¹增加至10mL min⁻¹，通过增强V²⁺供应和减少浓度极化显著提高了性能；而当流速超过60mL min⁻¹时，性能提升几乎可以忽略不计。类似地，将气流速率从10mL min⁻¹增加至100mL min⁻¹，可大幅改善阴极的质量传输，但在更高流速下，性能提升微乎其微。该电池在40°C下实现了最佳性能。适度加热加速电极动力学，增加离子电导率，降低电解质粘度；然而，电池在60 °C下的性能出现下降，很可能归因于增强的钒迁移与溶剂交叉效应产生了混合电位，并加剧了空气电极的中毒现象，从而抑制了氧化还原反应。尽管离散的测试温度并未明确界定40–60 °C区间内的精确最优条件，但测试结果清晰地揭示了：提升反应动力学与传质效率与加剧溶剂交叉效应之间存在明显的权衡关系。综合考虑电化学性能与泵送损耗因素，最终确定的最佳工况为：阳极电解液流速20mL min⁻¹、气流速率100 mL min⁻¹、温度40 °C，此时可获得77 mW cm⁻²的峰值功率密度。 在这些条件下，采用数值模型对阳极、阴极及欧姆极化损耗进行解耦分析。当电流密度高于约40mA cm⁻²时，阳极极化增幅远快于阴极极化，并随着电流密度从40mA cm⁻²增至280mA cm⁻²，占总损耗的58–64%。因此：一旦浓差极化大大缓解，电池性能主要受到缓慢的V3+/V2+电荷转移动力学和与流动无关的欧姆电阻的限制。模拟的物种分布进一步揭示阳极中V²⁺浓度梯度比阴极中的O₂梯度更为陡峭，是由于钒氧化还原反应主要发生在膜附近、石墨毡阳极厚度达数毫米，且V²⁺的扩散系数（2.4×10⁻¹⁰ m²/s）远低于O₂的扩散系数（1.4×10⁻⁵ m²/s）。因此，阳极处的质量传递和动力学限制更为严重，表明阳极是进一步提升VOFC性能的主要目标。   2.阳极优化 图2.不同阳极的物理化学表征 受VRFBs电极改性策略的启发，首先对石墨毡（GF）进行热处理以改善其表面亲水性，随后通过电沉积法在GF上制备出对V³⁺/V²⁺氧化还原对具有高催化活性的Bi纳米颗粒。SEM图像显示与相对光滑的GF及经热处理的GF表面相比，改性后的纤维表面均匀覆盖着纳米颗粒，从而增加了电化学活性位点的密度。HRTEM和EDS元素分布图进一步证实了Bi在碳纤维上的均匀分布。测得Bi的(110)和(012)晶面对应的晶格间距分别为0.224nm和0.312nm，证实了高度结晶的金属Bi的形成。 XPS分析表明，热处理使相对C–O含量从15%增至28%。经热处理及Bi改性后的电极均表现出完全润湿性，表明含氧官能团显著改善了表面亲水性。增强的润湿性可促进电解质渗透、降低V2+传质阻力，并在电沉积过程中实现与Bi3+前驱体更均匀的接触，从而改善Bi的分散性。Bi 4f谱图显示，在157.17和162.58eV处存在主导的金属Bi峰，同时在159.16和164.91eV处出现较弱的氧化Bi3+峰，归因于电极在空气暴露下发生的轻微表面氧化。 图3.阳极电化学反应分析 在循环伏安法中，TGF-Bi电极测得阳极和阴极峰电流密度分别为38.2mA cm⁻²和−37.4mA cm⁻²，较TGF电极分别提高了45%和53%；其Tafel斜率最低，为212mV dec⁻¹，而TGF电极和GF电极的Tafel斜率分别为224mV dec⁻¹和245mV dec⁻¹，同时其交换电流密度最高，达6.28mA cm⁻²，比TGF电极高87%，比GF电极高461%，表明其电荷转移动力学加速且活化极化降低。EIS测试进一步显示，Bi改性显著降低了电荷转移电阻，但未显著影响欧姆电阻。 采用基于CT重建的GF微观结构的中尺度模型，对局部极化损耗进行了量化分析。在100mA cm⁻²下，模拟的过电势范围从GF的98.4–156.9mV降至TGF的56.5–123.6mV，再降至TGF-Bi的20.2–85.4mV，是由于表面活性的提高、有效反应面积的扩大和铋纳米粒子的催化作用。模拟活性顺序GF<TGF<TGF-Bi与CV、Tafel及EIS结果高度吻合，验证了该模型，并证明TGF-Bi能有效加速VOFCs中的V3+/V2+动力学过程，同时减轻阳极极化效应。   3.电池性能测试 图4.优化后VOFC的性能评估 热处理通过改善电极润湿性并降低传质阻力，将峰值功率密度从77mW cm⁻²提升至134mW cm⁻²；随后的Bi电沉积进一步将峰值功率密度提高至213mW cm⁻²，较GF提升了177%。额外的性能提升主要归因于加速的V³⁺/V²⁺动力学：TGF-Bi的交换电流密度比TGF高出87%，比GF高出461%，从而降低了活化极化。热处理还促进了Bi³⁺前驱体的均匀渗透及Bi的均质沉积，最大化了催化效益。 在20mA cm⁻²下，采用TGF-Bi阳极的VOFC电池表现出更高的、更稳定的放电平台以及比基于GF的电池更大的容量。平台电压和放电容量分别提升了12%和44%，对应增益分别为100mV和105.3mAh。数值分析进一步揭示，在大部分研究的电流密度范围内，阳极极化损耗平均降低了83%。该电池还成功为LED面板供电，证明实际性能。 核心结论

第一/通讯作者：郭雷 共同通讯作者：何忠义 通讯单位：铜仁学院、华东交通大学 工作简介 随着可再生能源的大规模开发与高比例并网，构建具有高安全性、高可靠性和长周期运行能力的大规模储能技术成为新型能源体系发展的关键需求。液流电池凭借活性物质与电化学反应单元解耦、容量扩展灵活、循环寿命长以及安全性高等优势，在长时储能领域受到广泛关注。碱性锌锰液流电池（Alkaline Zn–Mn Flow Batteries，AZMFB）以资源丰富、成本低廉的锌和锰元素作为活性物质体系，兼具较高理论能量密度和良好的经济性，被认为是极具发展潜力的水系储能技术之一。然而，在强碱电解环境下，锌负极仍面临不可逆沉积、枝晶生长、析氢反应以及腐蚀副反应等关键问题。这些界面失稳行为会导致锌沉积/剥离过程可逆性下降，引起电极极化增加、活性物质利用率降低，并最终限制电池循环寿命。 针对上述科学问题，铜仁学院郭雷教授团队联合华东交通大学何忠义教授团队及沙特阿拉伯法赫德国王石油与矿业大学Viswanathan S. Saji教授，提出了一种基于绿色有机添加剂工程的锌负极界面调控策略。研究团队引入具有良好水溶性、生物可降解特性和多配位活性位点的葡萄糖酸钠（Sodium gluconate, SG）作为阳极电解液功能添加剂，通过调控Zn2+局域溶剂化环境，实现对锌离子迁移行为、界面反应动力学以及沉积形貌演化过程的协同调节。 研究结果表明，SG分子中的羧酸根和羟基官能团能够与Zn2+发生特异性配位作用，参与构建新的锌离子溶剂化结构，形成稳定的混合配位络合物，从而优化Zn2+传输过程并促进均匀化锌成核。基于该策略构建的碱性锌锰液流电池在60 mA cm−2高电流密度条件下实现超过600圈稳定循环，库仑效率达到95.6%，能量效率达到81.4%，峰值功率密度达到95.9 mW cm−2，循环寿命较未添加SG体系提升约两倍。 相关成果以“High-performance alkaline zinc-manganese flow batteries enabled by an advanced sodium gluconate additive” 为题发表于国际能源存储领域期刊Journal of Energy Storage。 感谢铜仁学院郭雷教授团队供稿！ 本文所用螺栓型单电池测试夹具（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 碱性锌锰液流电池通常采用金属锌作为负极活性材料，并利用高锰酸根/锰酸根液相氧化还原体系作为正极反应对。相比传统MnO2沉积/溶解型锰基体系，液相锰氧化还原体系能够避免固相产物持续累积导致的电极钝化、活性物质损失以及反应动力学衰减问题，同时具备较高反应电位和快速电子转移特征。 然而，锌负极在碱性环境中的沉积行为高度依赖锌物种配位结构、电解液传质过程以及电极/电解液界面微环境。传统碱性体系中，四羟基锌酸根作为主要锌络合物，在电场驱动和浓度梯度作用下容易产生局部离子通量不均，使Zn2⁺优先向电极表面高曲率区域迁移，并诱导非均匀成核和枝晶生长。与此同时，金属锌与强碱性电解液中的活性水分子及OH⁻持续接触，会促进析氢反应和自腐蚀过程，进一步降低锌负极利用率和电化学可逆性。目前，通过三维电极结构设计、界面涂层修饰以及隔膜功能化改性等方法，可以在一定程度上改善锌沉积行为。然而，这些策略通常涉及复杂材料制备过程，并增加电池系统制造成本。相比之下，通过引入功能型电解液添加剂调控局域溶剂化结构和界面反应环境，具有操作简便、成本可控以及易规模化应用等优势。 基于葡萄糖酸钠分子中丰富的含氧官能团，研究团队提出利用SG的多齿配位特性调节Zn2⁺溶剂化结构，并进一步优化锌负极沉积动力学的新策略。 图1 SG调控Zn2+溶剂化结构及锌沉积行为并构建高性能碱性锌锰液流电池的设计示意图 核心内容 1. SG稳定存在并优化锌物种传输行为 在研究初期，研究团队首先系统评价了SG在强碱环境中的化学稳定性。实验结果显示，SG加入6 M NaOH电解液并静置100小时后，体系未出现明显颜色变化或沉淀现象，同时静置前后的循环伏安曲线保持高度一致，表明SG能够在AZMFB强碱运行条件下保持稳定存在。进一步的循环伏安和旋转圆盘电极测试表明，引入SG后，四羟基锌酸根/锌氧化还原过程表现出更优的电化学可逆性，同时未改变锌物种基本扩散机制。由于SG与Zn2⁺之间存在配位作用，其能够适度调节锌物种迁移行为，降低电极表面局部离子浓度梯度，从而改善界面区域Zn2⁺通量分布。通过系统优化SG浓度发现，0.1 M SG能够在界面稳定化作用和离子传输动力学之间实现最佳平衡。较低浓度下，SG难以形成充分的界面调控作用；而过高浓度则可能增加界面传输阻抗。因此，0.1 M SG被确定为后续机理研究和电池性能评价的最佳添加浓度。 图2 不同电解液体系中的循环伏安行为、旋转圆盘电极测试及Zn物种传输特性分析  

第一作者：李劲超 通讯作者：李劲超&王明&张亚萍 通讯单位：西南科技大学 DOI：10.1016/j.est.2026.123790 工作简介 本研究设计并制备了带有三氟甲基基团的多孔支化聚苯并咪唑（PFBPBI）膜。通过非溶剂诱导相分离、分子结构优化及酸掺杂等多重策略协同作用，调控了PFBPBI膜的多孔结构、自由体积及氢键网络。基于此，成功构建出连续的离子传输通道，不仅克服了PBI固有的低离子导电性缺陷，更赋予其优异的离子选择性。具体而言，PFBPBI-20膜的离子传导率（39.18mScm⁻¹）优于商用Nafion 212膜（30.99mScm⁻¹）；其离子选择性（6.09×10⁶Smincm⁻³）也显著高于Nafion 212膜（5.85×10⁴ Smincm⁻³）。在80–300mAcm⁻²条件下，采用PFBPBI-20膜的VFB在CE（93.44%–97.75%）、VE（76.17%–93.56%）和EE（74.46%–87.43%）方面均超越Nafion 212膜。长期循环测试表明PFBPBI-20膜在200mAcm⁻²下可稳定运行超过900次循环。 感谢西南科技大学张亚萍团队（刘希阳）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 目前，多种芳香族聚合物膜（如聚醚醚酮基、聚酰亚胺基、聚芳醚砜基及聚苯并咪唑基膜）因优异的钒离子阻隔性能、高离子选择性及成本效益，已成为VFB的理想候选材料。其中，PBI基膜尤其被视为适用于VFB的潜力分离膜。Yan等人报道了磺化无醚PBI（SNPBI-140），其离子电导率为23.41mS cm−1，钒离子渗透率为7.19×10−9 cm2 s−1。然而，磺酸基团的引入会降低膜的化学稳定性，限制其长期应用。Che等人报道通过使用二氧化硅模板构建孔道，PBI膜的面电阻从0.30Ωcm²降至0.21Ωcm²；但模板的不均匀分散可能引起膜孔结构缺陷，从而加剧钒离子渗透。Li等人在PBI中引入支化结构后指出，b-PBI-15膜的离子传导率比线性PBI膜高2.5倍；但是，离子传导率仍显著低于Nafion 212膜。总体而言，仅通过接枝功能基团、使用模板或引入支化结构等简单方法，无法同时提升PBI膜的离子传导率、离子选择性和化学稳定性。因此，为解决这一问题，需结合分子结构优化、非溶剂诱导相分离和酸掺杂等多种策略，形成有效途径以同时提高离子传导率与化学稳定性，并打破VFB应用中PBI膜离子传导率与离子选择性之间的权衡关系。 核心内容 1.化学结构分析 图1 膜的结构分析 FTIR显示的3157cm⁻¹处的强而宽泛的峰是PBI的重要特征峰，代表N–H键的伸缩振动；而804cm⁻¹处的峰则属于N–H键的弯曲振动。咪唑基团上的C=N和C–N振动峰分别出现在1618cm⁻¹和1246cm⁻¹处，结果证明PBI成功聚合。1491cm⁻¹和1442cm⁻¹处的信号峰由苯环骨架的振动引起；C–F伸缩振动峰可见于1205cm⁻¹和1170cm⁻¹处，表明CF3基团已成功引入聚合物中。 此外，¹H NMR谱图显示来自DAB、TBA和FBA的Ha、Hc及Hg信号峰均出现在7.64ppm处；8.39ppm处的峰源自Hb和Hf；7.95ppm（Hd）与7.76ppm（He）处的共振信号对应于DAB中的氢原子；而咪唑质子信号出现在12.98ppm（Hi）。6.66ppm处的特征信号对应于Hh，表明支链化的TBA已成功掺入。结果均证实FBPBI聚合物被成功合成。FBPBI聚合物的¹³C NMR谱图显示各峰均可明确归属于聚合物的不同碳原子：110.1ppm（Ca）、158.1ppm（Cb）、117.7ppm（Cc）、130.9ppm（Cd）及112.4ppm（Ce）处的峰对应4,4′,4″-（苯-1,3,5-三氧基）三苯甲酸单体的碳原子；151.1ppm（Cf）、143.7ppm（Cg）、119.9ppm（Ch）、133.8ppm（Ci）、122.4ppm（Cj）、125.4ppm（Ck）及145.1(Cl)处的峰则归属于3,3′-二氨基联苯胺的碳原子；此外，127.2ppm（Cn）、131.7ppm（Co）、136.4ppm（Cp）及64.5ppm（Cq）处的峰对应4,4′-(全氟丙烷-2,2-二基)二苯甲酸的碳原子。因此，¹³C NMR进一步验证了FBPBI聚合物的成功合成。 此外，XPS分析显示在C 1s谱图中，284.8eV处的特征峰对应于DAB和FBA中碳原子形成的C–C键；286.1eV处的信号峰可同时归属于C–N和C–O键，分别对应咪唑基团及支链结构；由于两者结合能几乎相同且C–O键浓度较低，两个组分共同呈现为单一峰；287.2eV处的特征峰归属于C–N键，证实主链中形成了苯并咪唑环；N 1s谱图中400.3eV和398.4eV处的峰分别对应–NH–和–N–基团，进一步证明这些单体已成功完成缩合反应；F 1s谱图中687.6 eV处的峰属于FBA中的C–F键。   2.膜形貌分析 图2 膜的表面形貌 PFBPBI-x膜的光学透明度主要取决于非溶剂型EG的含量。随着EG含量的增加，膜的透明度逐渐降低，这是因为EG含量升高会导致膜孔径增大，从而削弱膜的透明度。较高的EG含量会增强铸膜液的热力学不稳定性，从而提高贫聚合物相的体积分数，并在相分离过程中促进相域合并，最终导致平均孔径增大。 图3 膜的截面形貌 从横截面图像及面向玻璃板的表面观察可见，EG含量的逐步增加会导致PFBPBI-x膜孔径增大。在膜内形成适宜孔隙可有效降低面阻力并提升离子传导率。显然，所有PFBPBI-x膜均在空气侧形成致密层，从而有效抑制水和钒离子的渗透。此外，PFBPBI-20与PFBPBI-40膜的致密层厚度几乎一致，可能源于非溶剂诱导相分离过程中致密层厚度与温度之间的强相关性。对于PFBPBI-20和PFBPBI-40膜，致密层由DMAc的快速蒸发形成，而DMAc的蒸发速率主要受温度（80°C）影响。 图4 横截面的成分分析 PFBPBI-20膜的横截面EDS谱图显示，所有检测到的元素（C、N、F、S和O）在其整个结构中均均匀分布。此外，酸掺杂前后PFBPBI-20膜的XPS谱图也进一步验证了硫酸的成功掺入。在N 1s谱图中，酸掺杂导致398.5eV处的峰消失，并在401.9 eV处出现新峰，表明硫酸不仅掺入了膜基质，还诱导了咪唑基团的质子化。   3.物理化学性质分析 图5 膜的物理性质 与致密的PFBPBI-0膜相比，具有大量孔的PFBPBI-20和PFBPBI-40膜的吸水率明显更高，导致PFBPBI-20和PFBPBI-40膜的离子转运更为便利。PFBPBI-x膜的溶胀率低于NR212膜；而PFBPBI-20和PFBPBI-40膜的溶胀率与PFBPBI-0膜相比仅略有增加，主要归因于PBI主链的结构刚性以及硫酸掺杂过程中形成的稳定氢键网络，两种因素均有效抑制了PFBPBI-20和PFBPBI-40膜的尺寸溶胀。同时，PFBPBI和NR212膜的酸吸收趋势与其吸水率一致：PFBPBI-40（116.48%）>PFBPBI-20（65.42%）>NR212（36.35%）>PFBPBI-0（21.22%）。随着非溶剂比例的增加，PFBPBI膜的酸吸收能力逐步提升，表明离子传输能力逐渐增强。孔隙率测定结果显示铸液中EG含量越高，膜孔隙率越大，其中PFBPBI-40膜的孔隙率最高（35.61%）。然而，随着EG含量增加，膜的机械性能逐渐下降，表明孔隙率应被视为决定PFBPBI膜机械性能的关键因素。但是，PFBPBI-20膜的最大拉伸强度超过30MPa，达到了VFB材料的工业应用阈值（>30MPa）。与NR212膜相比，PFBPBI-x膜的断裂伸长率较低，是因为PFBPBI和NR212分别具有刚性的芳香族骨架和柔性全氟化结构。然而，PFBPBI-20膜的实际机械耐久性通过其能够连续承受五次折叠循环而不发生断裂得到验证，表明其韧性足以满足VFB组装及运行需求。 图6 膜的渗透性和传导性 所制备的PFBPBI-x膜，特别是PFBPBI-0和PFBPBI-20膜，相较于NR212膜，具有更优异的钒离子阻隔能力，归因于PBI主链中的质子化咪唑基团的正电荷产生的Donnan效应有效抑制了钒离子的渗透。PFBPBI-20膜的钒离子渗透率（6.44×10⁻⁹ cm² min⁻¹）比NR212膜（5.30×10⁻⁷ cm² min⁻¹）低100倍。然而，与PFBPBI-0和PFBPBI-20膜相比，PFBPBI-40膜的钒离子渗透率略有升高，归因于其更多孔的结构和较强的亲水性。结果证实PFBPBI-0和PFBPBI-20膜出色的钒离子阻隔性能，从而为VFB提供了卓越的CE。 此外，与PFBPBI-0和NR212膜相比，PFBPBI-20和PFBPBI-40膜由于其多孔结构具有吸收酸和促进离子传导的能力，显示出更高的离子传导率。此外，磷酸预溶胀及后续的硫酸掺杂起着关键作用：硫酸在膜基质中形成丰富的氢键网络，从而使PFBPBI-20和PFBPBI-40具有优异的离子传导性。 最后，PFBPBI-20膜展现出卓越的离子选择性（6.09×10⁶ S min cm⁻³），这归因于其有效抑制了钒离子渗透的同时又提升了离子传导性。PFBPBI-20膜的离子选择性高于PFBPBI-0膜（3.01×106 S min cm−3)，PFBPBI-40(8.36×105 S

第一作者：宋纯利 通讯作者：储本发、张中标 通讯单位：安徽理工大学化工与爆破学院、安徽省特种聚合物重点实验室 成果简介 碱性锌铁液流电池（AZIFBs）凭借安全性高、原料储量丰富、成本低廉的优势，是大规模储能极具前景的技术路线，离子交换膜（IEM）直接决定电池能量效率与循环使用寿命。现有商用微相分离离子交换膜普遍存在离子导电能力与离子选择性相互制约的固有缺陷；微孔聚合物膜性能潜力突出，但合成流程复杂、制备条件严苛，难以工业化推广。 本文采用分子工程改性方法，将环己基结构单元引入聚醚醚酮分子主链，同时精准调控磺化程度，制备得到m-SPEEK-HMBC改性磺化聚醚醚酮膜，构建可控自由体积结构与均匀连通离子通道，实现尺寸筛分型双离子传导机制，可以快速输送电荷平衡离子，同时有效阻隔大尺寸铁氰根离子[Fe(CN)6]3。分子动力学模拟结果表明，均匀分散的磺酸基团与完全连通的水合网络能够大幅提升离子传输效率，致密规整的高分子链堆叠结构赋予膜优异的离子筛分效果。 将m-SPEEK-HMBC膜装配碱性锌铁单电池后综合性能优异：电流密度40至400毫安每平方厘米区间，电池能量效率均高于76.7%，峰值功率密度可达600毫瓦每平方厘米；在200毫安每平方厘米恒流条件下稳定循环1000次以上。本研究提供一套可落地的分子定向调控方案，为低成本、长寿命的新一代碱性锌铁液流电池离子交换膜研发提供新思路。 相关成果以Molecularly Modulated SPEEK Membranes With Engineered Dual-Ion Transport for High-Performance Alkaline Zinc-Iron Flow Batteries 为题发表于《Small》，2026年。 感谢安徽理工大学张中标团队（通讯作者:储本发老师）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》 背景分析   离子交换膜是碱性锌铁液流电池核心部件，兼具传导平衡离子、分隔正负极电解液两大作用，膜材料需要同时满足高离子导电性、低活性离子渗透率、优良机械强度、低成本四项要求。 1.全氟磺酸膜（代表为Nafion系列）：液流商用标杆膜，但短板突出：膜单价约500美元每平方米；生产依赖有毒持久性全氟烷基物质；碱性环境下氢氧根传输受阻，跨膜电荷平衡能力弱，破坏电池电荷平衡。 2.本征微孔聚合物（PIMs）：依靠刚性扭曲高分子骨架形成微孔通道，可同时兼顾高渗透与尺寸筛分，但单体价格高、合成步骤繁琐，工业化门槛高。 3.传统磺化聚醚醚酮（SPEEK）：氢氧根传导能力优秀，已有4千瓦电堆采用该膜，在80毫安每平方厘米下能量效率达85.5%。但传统后磺化工艺无法精准控制磺化程度，强酸会破坏聚醚醚酮主链，降低膜化学稳定性、加剧离子交叉；线性柔性分子链容易紧密堆叠，自由体积低、离子通道连通性差，离子导电能力受限。 现有无机共混、高分子掺混改性仅能单项优化性能，无法突破导电性与选择性互相制约的难题。因此通过分子设计调控自由体积、精准控制磺化程度，同步提升液流电池能量效率与功率密度，是领域亟待解决的关键问题。 针对以上痛点，本文采用环己基主链修饰搭配精准磺化调控，制备系列m-SPEEK-HMBC膜。分子模拟结果显示，适度提升磺化程度可以扩大聚合物自由体积，搭建贯通离子通道，在不损失筛分能力的前提下加速平衡离子输送；磺酸基团依靠静电作用交换钠离子，同时协同传输氢氧根，在碱性电解液内形成双离子传输通路。该膜装配实验室电池后，可在200毫安每平方厘米大电流下稳定充放电，连续运行超过16天。 图文解析 1. m-SPEEK-HMBC聚合物合成与结构表征 采用一步芳香亲核缩聚反应制备m-SPEEK-HMBC共聚物，调节预磺化单体SDFDPK与环己基双酚HMBC投料比例，实现磺化程度50%至80%精准可控（合成路线见示意图1）。预磺化单体SDFDPK全套合成与表征见附图S1至S4。 示意图1.(a)预磺化单体SDFDPK合成路线；(b)m-SPEEK-HMBC一步聚合合成路线 尺寸排阻色谱（SEC）测试显示聚合物数均分子量23.8至41.3千道尔顿；NMP溶剂特性黏度1.46至1.54分升每克，证明成功合成高分子量聚合物。 核磁共振氢谱完成分子骨架验证，全部特征峰与分子结构一一对应；通过特征氢积分计算梯度磺化程度，证明磺酸基团均匀接入，分子结构规整。 傅里叶变换红外光谱验证磺酸基团成功接枝：1235每厘米、1080每厘米对应O=S=O伸缩振动，1025每厘米对应S=O伸缩振动，证实磺化改性完成。 X射线衍射结果显示所有膜均为无定形结构，仅存在宽弥散峰；根据布拉格方程计算分子链层间距随磺化程度升高逐步降低：0.5-SPEEK-HMBC为4.76埃，0.6-SPEEK-HMBC为4.71埃，0.7-SPEEK-HMBC为4.59埃，0.8-SPEEK-HMBC为4.42埃。说明磺酸钠亲水基团增多后，分子链堆叠更加紧密。 图1.不同磺化度m-SPEEK-HMBC膜宏观与微观形貌：(a-d)0.5至0.8配比膜光学实物照片；(e-h)标尺1微米的膜表面扫描电镜图片；(i-l)标尺200/500纳米原子力显微镜形貌图 膜形貌测试结果：光学照片中所有膜均匀透明，无宏观分层缺陷；扫描电镜显示膜表面平整，无孔洞裂纹；原子力显微镜呈现清晰微相分离，亮色区域为疏水高分子骨架，暗色区域为亲水磺酸离子团，自发形成连续离子传输通道。   2.m-SPEEK-HMBC膜理化、热、机械及电化学性能 (1)机械与热稳定性能 液流电池运行时膜承受液体压力与装配挤压，机械强度是基础。干态拉伸测试：磺化程度越高，拉伸强度、断裂伸长率越低；0.5-SPEEK-HMBC干强48.9兆帕，伸长率10.0%；0.8-SPEEK-HMBC干强30.1兆帕，伸长率4.5%。 湿态膜强度11.44至27.23兆帕，断裂伸长提升至16.26%至52.00%，全部样品均可满足电池装配与长期使用。 热重分析显示聚合物主链分解起点340摄氏度，热失重分为两段：300至420摄氏度为磺酸分解，420至500摄氏度为主链降解，热稳定性满足电池工作温度。 图2 m-SPEEK-HMBC膜理化与电化学综合测试图：(a)干态拉伸应力应变曲线；(b)热重TGA曲线；(c,d)30摄氏度、80摄氏度下4摩尔每升氢氧化钠浸泡48小时的尺寸变化率、碱吸附量；(e)各膜面电阻对比；(f)室温4摩尔每升体系氢氧根导电率；(g)铁氰根浓度随时间变化曲线；(h)铁氰根渗透率柱状图 (2)溶胀、离子交换容量与耐碱性能 酸化后膜离子交换容量为1.45至2.35毫摩尔每克。碱性工况需要高吸碱、低溶胀；80摄氏度4摩尔每升碱液中，0.8-SPEEK-HMBC体积溶胀仅31.2%，吸碱量57.3%，尺寸稳定性优秀。 长效耐碱测试：80摄氏度高温浸泡膜会降解；室温浸泡400小时膜结构无变化，氢核磁图谱无分子改变，常温碱性环境稳定。