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第一作者：陈熙&李云璇 通讯作者：刘文&周明月&黄世强 通讯单位：北京化工大学&中国石油大学（北京）&新加坡国立大学 成果简介 锌基液流电池锌负极在循环过程中因不均匀沉积/剥离，易形成电绝缘的“死锌”，导致容量衰减、循环寿命缩短。这一问题在高面容量、高电流密度、深度充放电条件下尤为突出，严重制约了锌基液流电池的实用化进程。近日，北京化工大学刘文教授&中石大周明月副教授提出了一种通过结构/溶剂化协同调控加速“死锌”激活反应动力学的新策略。该团队系统筛选了一系列二羟基蒽醌（DHAQ）同分异构体作为氧化还原介质，揭示了DHAQ分子结构与溶剂化结构对“死锌”复活反应动力学的协同调控机制。研究发现，具有两个α位羟基的1,5-DHAQ能够形成由Zn(OH)42-占据的更薄溶剂化壳层，同时其平面构型与Zn(001)晶面展现出更高的兼容性和锌亲和性。这种结构与溶剂化的协同效应，全面促进了扩散、去溶剂化和吸附等多步动力学过程。1,5-DHAQ介导的碱性锌铁液流电池在156 mAh cm-2的高面容量和100% DOD/DOC的苛刻条件下，实现了超过2965小时（123.5天）的超长循环稳定性，容量衰减率可忽略不计（0.013%/圈），累计面容量高达88.5 Ah cm-2。 相关成果以“Unlocking Ultra-stable 100% DOD/DOC Zinc-based Flow Batteries via Synergistic Structural and Solvation Engineering for Facilitated Dead Zinc Revitalization”为题发表在Advanced Functional Materials期刊上。 图1 （a）锌基液流电池中氧化还原介导的“死锌”激活过程以及（b）加速“死锌”再生化学反应的分子结构和溶剂化结构协同调控的示意图 感谢北京化工大学刘文课题组（第一作者：陈熙）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（LSB-1/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 随着全球碳中和政策的推进，可再生能源的规模化利用对长寿命、安全、经济的储能技术提出了迫切需求。水系氧化还原液流电池（ARFBs）因其功率与能量密度可独立设计、安全性高、寿命长等优点，成为大规模储能的理想选择。锌基液流电池（ZFBs）凭借锌资源丰富、成本低、体积比容量高（5.85 Ah cm-3）以及碱性环境中较低的电极电位（-1.29 V vs. SHE），近年来受到广泛关注。然而，锌负极在循环过程中面临严峻挑战。由于电场分布不均、离子传质受限等因素，锌沉积物易从根部断裂，失去电接触，形成电化学非活性的“死锌”。这一现象在高面容量、高电流密度、深度充放电（DOD/DOC）条件下尤为严重。“死锌”的持续积累不仅导致电池容量衰减，还可能堵塞流道、刺穿隔膜，引发内部短路，严重制约锌基液流电池的实用化进程。 为抑制“死锌”的形成与积累，研究者提出了多种策略，包括开发高机械强度的隔膜、设计三维结构化电极、调控电解液溶剂化结构等。这些方法虽在一定程度上延缓了“死锌”的产生，但无法从根源上消除已形成的“死锌”。近年来，氧化还原介导的“死锌”复活策略被提出：在放电过程中，电解液中的氧化态氧化还原介质可与电绝缘的“死锌”发生化学反应，将其氧化为可溶性的锌酸盐，从而在后续充电过程中重新沉积为活性锌，实现容量的恢复。 然而，该策略的发展面临两大瓶颈：一是可用介质种类少，现有介质如DHPS合成复杂、成本较高；二是反应动力学机制不清，缺乏分子结构-性能关系的系统研究，制约了新型高效介质的理性设计。因此，建立清晰的氧化还原介质分子结构-反应动力学-宏观性能关系，是推动氧化还原介导“死锌”复活策略实用化的关键前提。 本研究首次揭示了氧化还原介质的分子结构-溶剂化结构-反应动力学之间的内在关联，为理解“死锌”复活过程提供了新的理论视角；提出了“结构/溶剂化协同加速死锌再利用反应动力学”的新机制：α位羟基的1,5-DHAQ的平面构型与Zn(001)表面完美匹配（吸附能-2.14 eV），同时锌酸根直接参与1,5-DHAQ溶剂化结构形成紧凑溶剂化层，协同促进扩散-去溶剂化-吸附-反应全过程；实现了锌基液流电池在高面容量（156 mAh cm-2）和100% DOD/DOC条件下的超长循环稳定性（>2965 h），打破了其它已报道的氧化还原介导的锌基液流电池累计面容量纪录；筛选出低成本、高性能的1,5-DHAQ作为氧化还原介质（成本1.89 US$ kg-1，边际成本0.244 […]

第一作者：付尚万 通讯作者：齐涛&张绘 通讯单位：中国科学技术大学、中国科学院赣江创新研究院 DOI：10.1002/cssc.202502732 成果简介 本文提出一种容量可恢复的液流电池体系，即采用低成本钛/铈电对的Ti-Ce液流电池体系。通过混合电解液设计有效抑制了离子交叉，在30 mA cm-2的电流密度下实现了86.02%的平均能量效率。由于体系本征副反应少，活性离子的独特络合结构，Ti-Ce液流电池衰减后的容量可通过直接混合电解液的方式几乎完全恢复。通过衰减后混合电解液的恢复调控，该电池在50 mA cm-2下实现了超过3721次循环（1886小时）的优异长期稳定性，平均库仑效率高达99.09%。 感谢中科大齐涛&张绘团队（第一作者：付尚万）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（LSB-1/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 随着可持续能源需求的增长，液流电池因其功率与容量解耦、长循环寿命等优势成为大规模储能的研究热点。全钒液流电池虽已商业化，但受限于钒成本高及电压偏低等问题。其他体系如锌基、溴基、铁基及有机液流电池亦存在枝晶、交叉扩散、析氢副反应或不稳定等挑战。铈基与钛基液流电池因资源丰富、成本低廉且分别具有高氧化还原电位和抑制析氢的优点而备受关注。然而，关于Ti-Ce液流电池的报道甚少。为此，本文提出一种绿色Ti-Ce液流电池系统，通过混合电解液设计抑制离子交叉，并利用活性离子独特的络合结构实现容量高效恢复，展现出优异的长期循环稳定性，为低成本长时储能提供了新思路。   图文解析 1.Ti-Ce液流电池的工作机制与活性离子配位结构 图1.（a）近期报道中铈基与钛基液流电池关键氧化还原电对的电位对比；（b）Ti-Ce液流电池的工作原理示意图；（c）甲磺酸溶液中活性离子的DFT优化结构 图2.Ce(III)和Ti(IV)在初始电解液及氧化物中的X射线吸收谱（XANES、EXAFS）表征 Ti-Ce液流电池利用Ce4+/Ce3+（1.61 V）与TiO2+/Ti3+（0.1 V）氧化还原电对，理论电压达1.51 V，以甲磺酸为支持电解质，H+为载流子。DFT表明：Ce(Ⅳ)、Ce(Ⅲ)、Ti(Ⅲ)与甲磺酸根配位带负电，Ti(Ⅳ)形成零价双核结构。图2的XAFS表征进一步证实初始电解液中Ce、Ti的稳定络合物结构。   2.单一Ti-Ce液流电池电化学性质 图3.CV测试：不同扫速下（a）0.1 M Ce3+和（b）0.1 M TiO2+在2.0 M MSA中的CV曲线；（c）正极与（d）负极电解液的峰电流密度与扫速平方根的线性关系。 CV曲线表明Ce4+/Ce3+与TiO2+/Ti3+为准可逆反应，扩散系数与速率常数显示正负极动力学相对平衡。单一Ti-Ce液流电池运行200圈后库伦效率均值98.51%，但容量仅剩60.56%，衰减主因活性离子透过膜交叉污染。   3.混合Ti-Ce液流电池的循环稳定性 图4.（a）充电时正负极原位DEMS监测的H2、CO、O2和CO2析出；单一Ti-Ce液流电池与混合液流电池的（b）效率对比和（c）放电容量对比；（d）0.5 M Ti-Ce mRFB正负极中Ce、Ti离子浓度随时间变化 为解决离子交叉导致的容量衰减，设计了正负极含相同活性物质的混合Ti-Ce液流电池。混合后电化学活性略有降低但可接受，DEMS证实无副反应气体。相比单一液流电池，混合液流电池的VE和EE更高，200圈容量几乎无衰减，离子迁移更慢，表现出优异的长期循环稳定性。   4.混合Ti-Ce液流电池的超长循环稳定性与混合恢复机理 图5.长循环过程中，50 mA cm-2下0.5 M Ti-Ce mRFB的（a）效率和（b）放电容量；（c）各循环周期内放电容量峰值时的充放电曲线；（d）各周期末混合正负极电解液后首次激活的充放电曲线；（e）充放电循环中活性离子迁移变化示意图 混合Ti-Ce液流电池在50 mA cm-2下循环3721次（1886小时），平均库伦效率99.09%。容量与能量效率周期性衰减后，简单混合正负极电解液即可基本恢复。恢复机理为混合后残余Ce4+氧化Ti3+，重新平衡离子价态。

第一作者：史博冉 通讯作者：王超 通讯单位：中北大学 工作简介 离子交换膜是钒氧化还原液流电池（VRFB）的核心部件，质子导电性与离子选择性的固有权衡是制约膜材料性能突破的关键难题。中北大学王超团队提出侧链协同工程 + 氟模板诱导的全新策略，以长链氟化（F6）基团为分子模板，与磺酸侧链协同接枝改性醚键型聚苯并咪唑（OPBI），驱动膜微相结构从无序疏松向致密有序转变，实现了OPBI膜微相分离的精准可控调控。优化所得 OPBI-BS-F65%膜实现性能双重突破：VO2+渗透率低至 3.2×10-7 cm2 h-1，是 Nafion 212 的 1/1800；质子导率达 124 mS cm-1，为 Nafion 212 的 1.5 倍。该膜应用于 VRFB，在 200 mA・cm-2下能量效率达 73%，40 mA・cm-2下高达 92.8%，同时兼具优异机械强度、氧化稳定性与长循环寿命，为打破离子交换膜经典性能权衡提供了普适性设计原则。 相关成果以“Side-chain induced microphase transition: Fluorine-engineered polybenzimidazole membranes for vanadium redox flow batteries”为题发表在Journal of Membrane Science期刊上。 感谢中北大学王超教授团队（第一作者：史博冉）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 风能、太阳能等可再生能源的规模化应用，亟需安全、长寿命、大容量的储能技术支撑。钒氧化还原液流电池（VRFB）凭借本征安全、循环寿命超长、功率与容量解耦等优势，成为大规模储能的核心技术之一。 离子交换膜（IEMs）作为VRFB电堆核心，直接决定系统能量效率与循环寿命。商用全氟磺酸（PFSA）膜（如 Nafion）质子导电性优异，但成本高昂、钒离子渗透率高，严重限制VRFB的商业化。在离子交换膜（IEMs）的设计中，根本性的挑战在于克服高质子电导率与有效钒离子排斥能力之间的固有权衡。传统的改性策略，包括酸掺杂、主链改性以及简单的侧链接枝，往往是以牺牲一种性能为代价来提升另一种性能。因此，大量研究转向了构建和精确调控亚纳米级局域离子通道。这一先进范式依赖于高度有序通道内的分子筛分和增强的静电排斥作用，这要求结构从无序松散状态转变为高度有序、功能特异且紧凑的架构。为了实现对微结构的精确控制，我们注意到含氟组分因其强疏水性、高化学稳定性及独特的电子效应，已被广泛用于优化膜内的微相结构。当前策略主要涉及将氟化物用作物理掺杂剂，或通过共聚将其引入聚合物主链。然而，前者往往存在相容性差且在长期运行中存在组分渗出的风险，而后者虽然提高了稳定性，但在微相分离形态的精细调节方面能力有限，难以在分子尺度上构建高效的离子通道。 作者系统地研究了接枝不同长度磺酸侧链的OPBI的微观结构及其选择性传输性能，结果表明，较长的侧链虽能增强功能性，但其空间位阻会破坏主链的有序堆叠，从而导致无序松散状态，进而降低选择性。为了更精确地调控微观结构，我们引入了共接枝的 C-F (F6) 链。凭借其高刚性和与磺酸基团强烈的疏水对比，这些 F6 链充当“分子模板”，为有序的微相分离提供了强有力的驱动力。这种协同设计成功地实现了从无序松散到致密有序的结构转变，从而实现了性能的协同效应。由此形成的结构构成了受调控的连续亲水通道，在最大限度提高质子传输效率的同时，通过紧密堆积的C-F链和聚合物主链，对较大的水合钒离子形成了坚固的几何排斥屏障。此外，F6链还提供了机械加固作用，并增强了材料抵抗Vn+氧化降解的能力。   研究内容表述 1. 膜材料分子设计与结构表征 团队系统探究磺酸侧链长度（乙烷磺酸 ES、丙烷磺酸 PS、丁烷磺酸 BS）对 OPBI 膜分子聚集态的影响：长磺酸侧链虽提升功能性，但因空间位阻导致膜结构无序疏松，降低离子选择性。 创新性引入刚性长链氟化 F6 基团作为分子模板，与丁烷磺酸侧链（BS）协同接枝，利用 F6 链高刚性、与磺酸基团强疏水反差的特性，驱动膜微相分离重构。核磁（1H NMR、）、红外（FT-IR）证实侧链成功接枝；XRD、原子力显微镜（AFM）、小角 X 射线散射（SAXS）表征表明：纯 OPBI

第一作者：石涵 通讯作者：康鹏 通讯单位：天津大学 成果简介 锌基液流电池（ZFBs）由于其高理论比容量、低电化学电位以及锌的自然丰富性和成本效益，已成为有前景的储能系统。然而，它们的大规模应用受到锌枝晶持续形成问题的阻碍。本研究，天津大学康鹏课题组报道了一种简便而有效的方法，通过引入聚季铵盐-6（PQ-6）作为功能性电解质添加剂来抑制枝晶形成。光谱和电化学分析表明，PQ-6优先吸附在电极–电解质界面，形成动态屏障，调节锌酸根离子从二维（2D）模式到三维（3D）模式的扩散，并促进均匀成核。因此，PQ-6改性的碱性锌–铁液流电池（AZIFB）在电流密度为 80 mA·cm −2时，表现出优异的循环稳定性（近400小时，1200次循环），同时保持高能量效率（70.37%）。这项工作不仅为缓解锌枝晶生长提供了一种有效策略，还推动了可持续和高性能锌基液流电池的发展。 相关成果以“Interfacial Regulation by Polycationic Polymers for Dendrite-Free Zinc Deposition in Alkaline Zinc-Iron Flow Batteries”为题发表在Chemistry-A European Journal期刊上。 感谢 天津大学康鹏团队（第一作者：石涵）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1/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 液流电池技术因其对整合间歇性可再生能源所起到的关键作用而备受关注。在各种液流电池系统中，锌基液流电池（ZFBs）因其具有高安全性、低成本和环保性等特点而引人瞩目。然而，在反复的阳极剥离和沉积循环中，由于电化学反应的不均匀性，会发生锌枝晶的现象。在更高的电流密度和更大的面积容量时枝晶生长会更为严重。此外，一些枝晶从电极上脱落，成为电化学惰性的“死锌”，从而导致不可逆的容量损失。为抑制锌枝晶的生长并提高电池本身的循环性能，很多研究的研究工作集中于通过改性电极表面、设计电池隔膜和添加电解质添加剂等策略实现均匀的锌沉积/剥离过程。在这些策略中，使用电解质添加剂是一种简便有效的方法，可促进锌的可逆和均匀沉积，包括无机与有机。其中有机添加剂相较于无机添加剂通过调节电解质界面处的渗透压来优化水传输动力学的方式优化循环效率，它可以通过溶液性质本身改善锌离子的溶剂化结构，促进均匀的锌沉积，最终提高整体电池性能，从而推动AZIFBs的发展。 本研究，天津大学化工学院康鹏课题组报道了一种向溶液当中引入聚季铵盐-6（PQ-6）作为碱性锌–铁液流电池（AZIFBs）的高效添加剂的方式，构建富含锌酸盐的界面层，并让PQ-6 优先吸附在碳毡电极上，从而有效缓解了带负电的电极与锌酸盐阴离子（Zn(OH)42−）之间的静电排斥。这种界面调控改变了沉积动力学，促进了无枝晶、高度可逆的Zn沉积和剥离过程。课题组利用电化学测量、光谱分析和材料表征相结合的三种方式揭示了其潜在机制，包括锌沉积电位的偏移、从二维到三维扩散模式的转变以及有利晶体取向的诱导。从长时间充放电循环可以看出，添加了 PQ-6的AZIFB在80 mA·cm −2下实现了1200次循环的显著循环稳定性，突显了聚合物添加剂在设计高性能和可持续液流电池方面的巨大潜力。   核心内容 1.促进锌的均匀沉积 图1:基于锌的电解质的电化学测试。 (a) Zn/Zn(OH)42−氧化还原反应的循环伏安图。(b) 扫描速率为10 mV·s −1的线性扫描伏安图结果。(c)含有PQ添加剂的电解质的循环伏安图在不同扫描速率下。(d)峰电流与扫描速率平方根的关系。(e)含有不同 PQ 含量的电解质的粘度。(f) 含有或不含PQ的电化学阻抗谱。ZN 是不含 PQ 的锌电解质的循环伏安图。ZP 是含 PQ 的锌电解质的循环伏安图。 为阐明PQ-6对锌沉积的影响，采用循环伏安法（CV）研究了Zn/Zn(OH) 42−氧化还原反应的电化学行为。将两种电解质的电化学行为进行了比较：不含 PQ-6 的锌酸盐电解质（记为ZN），含PQ-6的锌酸盐电解质（记为ZP）。如图 1a 所示，ZN电解质在-1.685 V处表现出一个显著的阴极峰（ZN1），以及两个阳极峰（ZN2和ZN3）分别位于-1.087 V和-1.026 V（相对于Hg/HgO）。ZN1峰表明存在锌沉积和析氢反应（HER）的竞争反应。而阳极峰ZN2和ZN3分别对应于阳极扫描过程中锌的溶解和析氧反应。将PQ-6加入锌酸盐电解质后，CV发生了显著变化（图 1a）。对于ZP电解质，在更正负的电位处观察到两个与锌沉积相关的阴极峰（ZP1和 ZP2），分别为-1.535 V和-1.652 V（相对于 Hg/HgO）。此外，还确定了两个阳极峰（ZP3和ZP4）分别位于-1.103 V和-1.0.31 V (vs. Hg/HgO)。其中的阳极峰 ZP3和ZP4分别对应于主要的锌溶解和氧析出反应。ZP1处的峰归因于锌物种在吸附的阳离子聚合物中预先富集的沉积。其的尖锐性表明存在快速消耗过程。这种初始锌沉积发生在比ZN电解液中约正 150 mV的电位。这个电位偏移表明锌成核的过电位显著降低。随后的阴极电流增加（峰 ZP2）对应于锌的体相沉积。与此同时，锌沉积的速率受限于锌酸盐通过吸附的聚合物层的扩散。在ZP电解液中，锌溶解峰的电位相对于ZN电解液中的电位发生了正移。总而言之，弱阳离子性PQ-6通过有效缓解静电排斥，促进了锌酸盐向电极表面的接近。综合来看，这些结果表明PQ-6是一种有效的添加剂，用于调节锌沉积。   2.抑制氢气析出 PQ-6通过在电极表面进行竞争性吸附有效抑制了析氢反应（HER）。采用线性扫描伏安法（LSV）测定了不同PQ-6浓度电解液中的HER起始电位（图 1b）。图 1b 表明，添加 PQ-6将HER起始电位从-1.822 V负移至-1.859

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