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第一作者：彭涛 通讯作者：牛迎春 通讯单位：中国石油大学 DOI：10.1016/j.est.2026.121866 感谢中国石油大学徐春明院士团队（第一作者：彭涛）校稿！ 成果简介   徐春明院士团队徐泉课题组在本研究中提出了一种表面工程策略：通过苯胺（ANI）自组装聚合反应及高温碳化处理，在碳布表面沉积了聚苯胺（PANI）衍生的富氮碳网络。改性电极（记为C-PANI@CC）的比表面积提升了近十倍（5.351m²/g，而原始CC仅为0.576m²/g），丰富的活性位点与高效的氮掺杂共同提升了ICRFBs中的反应动力学和质量传输效率。此外，多物理场模拟表明改进后的比表面积和电导率显著优化了放电过程中的电位分布和产物分布。基于此，C-PANI@CC电极在140mA cm⁻²下仍保持83.83%的高能量效率，并在300次充放电循环中表现出稳定性能。   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析   PANI  作为一种富含氮的碳前驱体，在电催化剂和电化学器件领域备受关注。通过高温热解作用，聚苯胺的石墨结构能够将多种氮形态（如吡啶氮、吡咯氮和石墨氮）整合到碳骨架中，使其成为富氮掺杂的理想载体。然而，苯胺的电化学聚合过程速率较快，难以在碳布表面进行均匀生长。因此，在设计高比表面积的微结构时，需要采用具有更高容错性和更好可控性的聚合方法。通过低温化学聚合方法，搭配高温碳化工艺，成功实现了同相成核的网状聚苯胺结构生长。   图文解析 1.形态学与结构特征 图1电极制备示意图   聚苯胺的同相成核生长可以得到理想的高比表面积结构，而后期的异相成核生长会出现团聚状的颗粒，影响整体均匀性。在高温碳化过程中，处于围通过异相成核形成的PANI聚集体发生了显著的质量损失，这表明后期异相成核产物优先发生热降解。保留下来的结构主要由同相成核的网状碳化PANI纳米纤维构成，纳米纤维之间形成了相互连接的网络构型。该碳化网络具有分级孔隙结构，提供了丰富的活性位点和高效的电子传输路径。增大的比面积促进了反应物在电极表面的扩散和界面传递，而改善的电导率则有助于电池系统内的离子传导。总体而言，结构优化显著提升了电极-电解液界面处的电化学反应动力学性能。 图2.电极形貌   CC和TCC的纤维表面均具有相似的粗糙纹理，其特征为脊状结构。经过改性后，碳布表面被PANI衍生的涂层结构密集覆盖，在外围区域呈现出明显的异相成核诱导的PANI体相层。经过高温碳化处理后，外围异相成核的PANI体相结构基本消失，内层由丝状纳米纤维组成的多孔网状碳层得以保存。丰富的活性位点均匀分布于碳网络中，而交织的PANI衍生碳框架优化了导电网络，促进了电极-电解液界面处的离子扩散速率，从而提高了物质传输效率。元素分析进一步证实了C、N和O元素的均匀分布。 图3电极的物理特性   BET分析显示原始CC、TCC及C-PANI@CC样品均呈现明显的滞后回线，表明存在毛细管冷凝引起的解吸滞后现象。C-PANI@CC中观察到的H4型滞后现象证实了其丰富的微孔和介孔结构。比表面积测量显示，C-PANI@CC的比表面积从原始CC的0.576 m²/g提升至5.351 m²/g。拉曼光谱显示CC、TCC和PANI-12h的ID/IG分别为1.10、1.13和1.45，表明碳化聚苯胺层为碳纤维布电极提供了更多的缺陷位点，从而相应改变了电极表面的结构有序度。   XPS证实原始CC与C-PANI@CC的对比分析显示氮元素的形态分布呈现显著增长：吡啶氮从0.3975%增至0.6715%（增长1.7倍）；吡咯氮从0.3134%增至0.9976%（增长3.2倍）；氧化态氮从0.0211%增至0.1518%（增长7.2倍）；石墨态氮从0.0880%增至1.0091%（增长11.5倍），高效的氮掺杂作用可促进氧化还原反应的进行。   2.多物理场的Comsol仿真 图4.电极中活性离子和过电位的分布   浓度分布剖面显示最高浓度出现在中央进料通道附近，而改良后的碳布确保了产物在出料通道附近分布均匀，降低了局部浓差极化现象，并提高了Cr²⁺/Cr³⁺和Fe²⁺/Fe³⁺的氧化还原转化效率。CC样品有限的比表面积和较低的导电性导致Cr2+形成了更为陡峭的浓度梯度，TCC样品中的Cr2+浓度梯度分布有一定的改善。相比之下，C-PANI@CC材料表现出更均匀的Cr2+分布，归因于其增强的导电性促进了离子在电池内的传输。此外，CC样品的低导电性限制了Fe³⁺的扩散，导致其在阴极附近局部积聚并形成明显的浓度梯度。而C-PANI@CC样品通过优化的表面特性促进了Fe³⁺的均匀分布。值得注意的是，与TCC相比，C-PANI@CC在Cr²⁺和Fe³⁺浓度均匀性方面的提升并非在所有位置都更为显著，这归因于C-PANI@CC表面复杂的碳层结构使得原始传质路径更为迂回，从而在一定程度上阻碍了传质过程，但电导率的大幅改善有效缓解了这一效应。   过电位分布图显示CC较低的导电性导致局部出现高电流密度区域，从而产生较高的过电位，降低了工作电压并加剧了欧姆损失；TCC的过电位虽有所降低，但改善幅度有限；相比之下，C-PANI@CC凭借其优异的导电性实现了均匀的电流分布，显著降低了局部过电位，提升了能量效率稳定性。   3.电化学性能 图5电极的电化学性能   与对照样品相比，C-PANI@CC的Fe²⁺/Fe³⁺的CV曲线在阳极峰电流（Ipa）和阴极峰电流（Ipc）方面均表现出显著提升。此外，与CC和TCC相比，C-PANI@CC上Cr³⁺/Cr²⁺的氧化还原活性显著增强，峰值电流密度大幅提高，源于PANI衍生碳层提供的丰富活性位点，并促进了Cr³⁺/Cr²⁺氧化还原体系的反应动力学。 图6电池性能     C-PANI@CC电极凭借独特的网状碳层结构，在所有性能指标上均表现优异：初始EE达到83.8%，较原始CC的79.17%显著提升；在60次循环中平均EE提升5.34%，稳定性也得到增强。C-PANI@CC的60次循环平均CE达97.94%，优于TCC（96.70%）和CC（96.87%）；平均VE达84.35%，超过TCC  （81.41%）和CC（79.76%）。   第20次循环的充放电曲线显示由于“铬老化”效应，CC和TCC电解液中的有效铬离子浓度显著下降，导致浓差极化加剧。此外，析氢副反应的累积影响以及循环过程中碳布性能的衰减，进一步加速了未改性碳布电极的容量衰减。相比之下，尽管C-PANI@CC未能显著抑制“铬老化”效应，但在整个循环测试中仍表现出更低的电化学极化和更高的充放电容量。   此外，在200mA/cm²下，电池仍能保持74.98%的高能量效率，证明C-PANI@CC电极具有出色的倍率性能。140mA/cm²下的长循环测试显示C-PANI@CC在能量效率方面明显优于CC和TCC电极。   核心结论   本研究提出了一种无需粘合剂的结构改性策略，利用苯胺的自组装过程在碳布电极表面形成聚苯胺层。通过高温碳化，设计了一种具有超大比表面积和丰富活性位点的富氮碳网络，显著增强了铁铬氧化还原液流电池中的反应动力学和传质过程。与原始碳布（0.576m²/g）相比，C-PANI@CC的比表面积提高了近十倍，达到5.351m²/g。此外，Comsol多物理场模拟表明增大的比表面积和优异的导电性能显著降低了放电过程中的过电位，使得反应产物的浓度分布更加均匀。因此，在140mA cm⁻²下，C-PANI@CC实现了83.83%的高能量效率，并在300次循环中保持稳定性能。

第一作者：魏世俊、尚赫男 通讯作者：蒋浩然、何章兴 通讯单位：天津大学、华北理工大学 DOI：1016/j.cej.2026.176224 感谢天津大学蒋浩然团队（第一作者：魏世俊）校稿！ 成果简介   本研究创新性地采用界面功函数工程策略，通过整合具有不同电子能级的两种材料优化电荷转移效率。以铋元素为例，采用高孔隙率金属有机框架衍生的碳层进行封装处理，可实现表面电子分布优化并形成内部电场，促使电子向碳壳层迁移，从而显著提升V³⁺/V²⁺氧化还原反应的界面电荷转移效率与催化动力学。基于此，采用制备电极的VRFB在300mA cm⁻²下可实现1130mW cm⁻²的峰值功率密度及81.20%的能量效率，较传统电极提升12.30%。该电池在超过1800次循环中保持稳定性能，能量效率衰减率仅为每循环0.0027%。   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析   作为材料表面电子状态的指示器，功函数是指电子从费米能级逃逸到真空能级所需的最小能量，提供了一种直接和可量化的方法来影响和控制催化活性的电子性质。该特性与界面电子转移能垒及反应物的吸附能学密切相关，因此，通过合理调整这一特性可实现对表面电子结构的有效调控。功函数较低的催化剂有利于电子逸出，而功函数较高的催化剂则会抑制此过程。因此，通过结合两种具有显著功函数差异的材料，可精确调控界面功函数，优化活性位点对反应物的吸附，并提升表面氧化还原反应的动力学。利用功函数差异构建内置电场的策略已广泛应用于多种催化体系：例如，利用CoWO4/g-C3N4 p-n结可增强光催化析氢过程中的电荷分离；MoS2-Cu2O异质结构可提高二氧化碳还原反应中的甲醇产率；碳布上的Mo2N-MoSe2界面可加速析氢动力学。由于多孔电极上钒离子的电子转移步骤对局部电子结构和电荷分布高度敏感，因此，调节催化剂表面的功函数能有效调控界面电荷转移的驱动力以及钒物种的吸附–解吸平衡。引入功函数调控技术为重构催化剂界面电子结构提供了清晰且高效的方法，从而有效提升其固有催化性能。因此，功函数工程不仅超越了单纯的表面改性范畴，更成为重构界面电子结构并内在增强钒反应动力学的基本策。   图文解析 1.合成与结构表征 图1.WF-GF制备工艺及设计原理示意图   作者团队通过水热法在GF表面原位生长了Bi-MOFs，实现了前驱体与基底之间的紧密整合。随后的高温碳化处理成功将Bi-MOFs转化为碳包封的铋纳米颗粒，从而形成具有紧密界面结合和高效电子传输的Bi-C异质结界面。功函数调制后铋的示意图如图1b所示。在接触前，碳的功函数高于铋，而费米能级低于铋。在形成碳-铋界面时，电子从金属铋流向碳层，直至费米能级达到平衡，从而重构界面处的电子结构。 图2.电极样品的形态学表征   SEM显示P-GF具有光滑表面，而T-GF则表现出带有细小孔隙的刻蚀表面。此外，球形Bi-MOF前驱体与WF-Bi均匀锚定在GF表面。这些纳米颗粒的球形结构赋予改性石墨毡更大的比表面积，从而促进电解质与电极活性位点之间的接触。TEM显示铋纳米颗粒被碳层包裹，核壳结构有效调控了铋纳米颗粒表面的功函数，促进了催化剂的高效电子传递。ACBF -STEM图像显示WF-Bi具有明显的晶格条纹，未观察到明显缺陷或结构畸变。同时，HAADF-STEM成像显示WF-Bi由暗区和封闭的亮区构成。全面的形态学、结构学及成分表征结果共同证实，该工作函数调控的铋催化剂已成功锚定在GF上。 图3.电极样品的宏观物理特性及结构表征   XPS谱图显示，Bi MOF-GF和WF-GF中铋与碳是主要元素，氧主要以源自MOF前驱体或表面氧化作用的含氧官能团形式存在。此外，WF-GF在163.30eV和158.00eV处仅出现一对新峰，对应碳热处理过程中铋纳米颗粒与碳层间形成的Bi-C键，证实了金属铋与碳基体的成功结合。此外，WF-GF的Bi 4f峰（164.50eV和159.20eV）相较于Bi MOF-GF的峰（164.90eV和159.60eV）呈现负位移（结合能降低），源于氧原子的电负性显著高于碳原子。XPS结果证实工作函数调节策略能够协同调控WF-GF的结构与电子特性。   XRD显示WF-Bi的衍射峰与金属铋的菱面体相完美匹配，证实了Bi纳米粒子的成功形成。拉曼光谱技术测得WF-GF的ID/IG达1.33，显著高于T-GF和P-GF，表明缺陷密度与无序度增强，有利于钒离子吸附及氧化还原反应。BET显示与T-GF（0.16m²/g）相比，WF-GF表现出显著更大的比表面积（1.94m²/g）。全面的物理化学表征结果凸显了WF-GF在结构有序性、缺陷密度、比表面积和亲水性方面的协同增强效应。   2.机制分析 图4.通过DFT计算验证了所制备催化剂的内在催化机制   金属铋与石墨碳的功函数分别为3.80eV和3.99eV。在金属铋与碳层接触前，金属铋具有较低功函数和较高费米能级。接触后，电子从金属铋向碳层转移直至费米能级对齐，从而形成内建电场，可有效降低电荷转移电阻。Bi-C键形成的WF-Bi结构中，铋核会失去电子，处于电子缺陷态，显著降低了局部费米能级，进而降低了整个系统的费米能级，最终导致功函数的整体增加。与此同时，碳表面的电子积累促进了V3+/V2+活性物种的吸附，而升高的功函数则增强了V3+/V2+氧化还原反应中的电子转移。   不同催化剂样品上钒离子的吸附能显示WF-Bi复合结构中的Bi(012)晶面展现出最佳吸附性能，钒离子吸附能低至-4.84eV，低于原始C(0001)晶面（-0.57eV）和纯Bi(012)晶面（-3.96 eV）。结果证实，通过碳层包覆修饰的铋基催化剂具有显著提升的钒离子吸附能力。差异电荷密度分布直观揭示在金属铋与碳层的相互作用下，铋原子作为电子供体，实现定向电荷向碳层的转移。顶视图图像进一步证实，碳原子在复合结构中成为富电子中心，从而显著提升了钒离子吸附能力。总体而言，通过调节功函数可精准调控铋基催化剂的表面电子态，不仅增强了钒离子吸附性能，还能加速氧化还原反应中的本征电荷转移过程，最终优化了电极表面钒离子的反应动力学特性。   3.电化学性能与全电池测试 图5.电极样品的电催化活性与阻抗分析   循环伏安法曲线显示WF-GF催化剂在阴极和阳极处分别达到-83.63mA cm⁻²和84.54mA cm⁻²的峰值电流，显著高于T-GF催化剂（-57.75mA cm⁻²和60.76mA cm⁻²），证实了优异的电催化活性。同时，WF-GF表现出更小的ΔE值，并且阴极峰值电流与阳极峰值电流比值更接近1，进一步验证了其电化学可逆性提升及整体性能优势。数据对比表明，碳铋界面处的电场作用与功函数调控引发的电子结构重构共同促进了电极电化学性能的提升。   EIS显示WF-GF表现出最小的半圆曲线，对应最低的电荷转移电阻（1.30Ω），而P-GF（15.70Ω）和T-GF（2.80Ω）则更高。此外，WF-GF在低频下更陡的斜率表明活性离子在电极-电解质界面处的扩散动力学较T-GF更优。EIS结果证实WF-Bi内部电场促进了V3+/V2+氧化还原反应的电荷转移。 图6.电极样品的充放电及极化测量结果   无论是低电流密度还是高电流密度，采用WF-GF组装的电池相较于T-GF均表现出显著降低的过电位和提升的比容量，且高电流密度下的性能改善更为明显。过电位最小化与比容量最大化的双重特性共同证实，工作函数调控电极具有极佳的极化抑制能力。此外，WF-GF表现出最低的平均充电电压和最高的平均放电电压，进一步验证了降低极化能力的优势。   图7.WF-GF在全电池中的性能测试结果

第一作者：郭玉洁 通讯作者：吴雪梅 通讯单位：大连理工大学 DOI：10.1039/x0xx00000x 感谢大连理工大学贺高红&吴雪梅团队校稿！ 成果简介   本文提出了一种新型樟脑磺酸基团作为体积庞大、非共平面质子导电功能侧链，并将其接枝于磺化聚苯并咪唑（SPBICa）上。该基团有助于削弱聚合物链的紧密堆积，不仅提高了磺酸基团自聚集能力以形成比原始SPBI（7.85nm）更大的离子簇（8.97nm），还形成了具有质子/钒离子筛分能力的自由体积。樟脑磺酸接枝度为110%的SPBICa-1.10膜实现了53.3mS cm⁻¹的高质子电导率、0.14Ω cm²的极低面电阻以及1.97×10⁻⁹ cm² s⁻¹的钒离子渗透率。因此，SPBICa膜表现出27.1×10⁹ mS s cm⁻³的离子选择性，约为商用Nafion 212膜的49.5倍。基于此，SPBICa-1.10膜组装的VRFB在200mA cm⁻²下实现了81.3%的能量效率。经过650次充放电循环后，电池展现出极低的容量衰减速率，每循环仅0.15%，显著优于采用SPBI和Nafion212膜的电池。   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析   目前，提高离子交换容量、接枝亲水侧链或在聚合物主链中引入疏水嵌段等策略被广泛应用于增强质子传导通道的尺寸与连通性。具体而言，较高的IEC可增加膜内亲水区域比例，从而为质子传导提供更多活性位点。引入柔性亲水侧链能提升局部链段的流动性，促进离子簇的形成与相互连接。同时，构建亲水疏水嵌段结构可借助热力学作用形成更规则的微相分离形态，进而建立连续的质子传导路径。然而，这些方法仍面临显著挑战：芳香族聚合物主链中因强π-π堆积作用及广泛氢键网络导致链段紧密堆积，会限制微相分离能力及离子簇的空间排布，使得形成互连质子传导通道变得困难。   为提高离子导电膜的链间间距并增加膜内自由体积，研究者在膜结构中引入了大体积或非共面结构单元。从分子层面来看，纳米级空腔可在不引起膜溶胀的情况下提供水分渗透空间，通过格罗特胡斯机制促进质子传导并保持低溶胀比。当自由体积尺寸介于水合质子与钒离子的运动直径范围（通常为3-8Å）时，可作为质子/钒离子筛分通道以降低钒离子渗透性。尽管具有上述优势，但目前报道的用于VRFBs应用的大体积或非共面结构单元（如三苯基膦、稠合芳香环、叔胺、咪唑鎓阳离子、网状结构、三联苯、金刚烷、离子簇水解、共价有机框架及金属有机框架）普遍缺乏磺酸或膦酸等有效质子传导基团，导致膜材料内电荷载流子密度不足，进而限制了固有质子导电性。因此，在保持离子导电膜适当机械强度与尺寸稳定性的同时，设计非共面结构单元对实现高效质子传导至关重要。   图文解析 1.SPBICa的化学结构 图1樟脑磺酸接枝磺化聚苯并咪唑的化学结构   图1的核磁共振氢谱和FTIR光谱分析进一步证实了SPBICa的成功合成。接枝度通过积分峰面积比计算得出为43.5%至156.0%，离子交换容量测定为3.34-4.24mmol g-1。   2.SPBICa的微观结构 图2樟脑磺酸接枝磺化聚苯并咪唑的形态结构   图2的扫描电子显微镜图像显示，SPBICa膜具有均匀致密的形态结构且无明显缺陷。TEM图像清晰展示了疏水性聚合物基质（亮区）内分布的纳米级离子簇（暗区），且SPBICa中的离子簇尺寸显著大于SPBI。此外，正电子湮灭寿命谱显示SPBICa膜中存在微孔结构，孔径集中在1-3 Å范围内。这种亚纳米级孔隙结构不仅能储存液体以促进质子传导，还能通过分子筛效应有效阻隔钒离子渗透，从而协同提升膜对质子/钒离子的选择性。 图3樟脑磺酸接枝聚苯并咪唑膜微观结构的分子模拟   图3的径向分布函数分析显示所有膜材料中磺酸基团间的S-S峰均出现在约5Å处，其中SPBICa表现出最强的S-S相互作用，表明其具有更优异的微相分离能力。SPBICa还呈现出自由体积分数逐渐增加的趋势，且其孔径3-8Å的孔隙比例显著高于原始SPBI。结果证实自由体积的增大源于樟脑磺酸侧链所具有的大体积非平面结构特征。这种结构能诱导更多相互连接的微相分离通道与自由体积筛分路径产生协同效应，使得SPBICa膜的质子扩散系数较SPBI膜提升34.1%（从3.20×10⁻⁹ m² s⁻¹增至4.29×10⁻⁹ m² s⁻¹），钒离子扩散系数降低26.1%（从2.53×10⁻⁹ m² s⁻¹降至1.87×10⁻⁹ m² s⁻¹）。   3.SPBICa膜的基本特性 图4樟脑磺酸接枝聚苯并咪唑膜的基本性质   图4显示SPBICa膜展现出优异的吸水能力和机械性能。其中，SPBICa-1.10膜表现最佳，拉伸强度达106.3MPa，断裂伸长率为69.3%。此外，SPBICa-1.10膜的质子电导率达53.3mS cm⁻¹，高于SPBI膜（28.9mS

手把手教您测试液流电池的极化曲线和功率密度曲线（以全钒液流电池体系为例） 1.单电池测试系统搭建 （1）组装单电池，检查密封性能 组装单电池（正确安装膜和石墨毡电极），用软管连接单电池、蠕动泵及储液罐。连接单电池温控器（设置35℃）及充放电测试仪（如新威）。 推荐：一体化液流单电池测试系统（YTH-1）2025升级款（如下图），主要配置如下： 单电池活性面积：2 ×2 cm2 电极：4.35 mm石墨毡 隔膜：50 μm全氟磺酸膜 钒电解液：1.7 M V3.5+ + 4.3 M H2SO4 （点击上述图片查看产品介绍） （2）电解液活化与预充电 排气：正负极储液罐分别灌入30 mL 3.5价钒电解液，先开蠕动泵循环排气10-30分钟，确保软管和单电池内无气泡。 活化：负极储液罐充氮气10分钟排除空气后密封。电池充放电测试仪的测试线分别接上单电池夹具的正负极铜片。第一次充放电活化步骤：用80 mA/cm2的电流密度（以4 cm2活性面积为例，则设定电流值为4 × 80 = 320 mA）充电至1.65V截止，然后用80 mA/cm2电流密度放电至0.8 V截止。正负极蠕动泵频率设置：100 Hz。 预充电：完成活化后做3 ~ 5圈完整的充放电循环（电密：80 mA/cm2，电压范围：0.8 ~ 1.65 V，泵频率：100 Hz ），让电解液充分活化。 （3）SOC校准 100%SOC：采用小电流密度（50 ~ 80 mA/cm2）对单电池进行充电，截止电压为1.65 V（若条件允许，可额外采用恒压充电至电流小于10 mA/cm2），记录100%SOC下的充电容量数据（记为：RL）；达到截止条件后，静置5 ~ 10分钟，确认开路电压（OCV）稳定在1.4 ~ 1.5 V 左右，此时视为100% SOC。 90%SOC：充放电软件里面设置充电容量截止模式，采用小电流密度（50 ~ 80

第一作者：程韬 通讯作者：李先锋 通讯单位：中科院大连化学物理研究所 DOI：10.1038/s41467-026-71846-6 感谢大连化物所李先锋团队（第一作者：程韬）校稿！ 成果简介   本研究采用NH4+作为辅助电解质阳离子，打破了低温下盐析现象与碱金属阳离子（K⁺、Na⁺和Li⁺）离子传输动力学之间的固有权衡关系。与传统电解质中常用的K⁺相比，NH4+在防止电解质相变方面表现出更优能力，并获得更出色的离子传输性能。此外，NH4+可通过适当提高多溴化物的溶解度显著提升循环稳定性。因此，采用NH4+作为电解质的锌溴液流电池不仅在室温下展现出持久的使用寿命（在40mA cm-2、40mAh cm-2条件下循环超过2,300次，持续半年以上）和稳定的高倍率循环稳定性（充电电流200mA cm-2，放电电流80mA cm-2，循环寿命>3,300小时）。此外，在-20°C条件下仍保持稳定的循环稳定性（在40mA cm-2条件下循环超过1,600次）。   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析   在水性ZBFBs中，电解质作为储存活性材料、传输离子以及实现电化学反应不可或缺的介质。通常，电解液（总摩尔浓度>5mol L−1）由水性溶剂、溴化锌（ZnBr2）、支撑电解质（SE）和溴络合剂组成。充电过程中，Br−在正极被氧化并与络合剂形成更致密的油状离子液体，该液体积聚在储罐底部。与此同时，Zn2+在负极被还原为Zn沉积物。随着充电深度的增加，电解质中ZnBr2的浓度持续降低。放电过程是这些反应的逆过程。可以预见，ZBFBs在低温下的稳定运行会遇到多种困难：i）多溴络合物在正极上的固化；ii)体电解质在初始状态和带电状态下的相变；iii)电解质中缓慢的离子传输动力学过程。因此，就电解质组成和运行特性而言，为ZBFBs设计低温电解质极具挑战性。目前，优化络合剂的组合与结构可有效提升多溴化物络合物的液相保留能力，从而改善电池在低温下的性能。然而，其他问题依然存在且日益凸显。作为SEs的盐类不仅显著影响离子电导率，还由于阴离子、阳离子与偶极水分子之间的复杂相互作用，在低温下主导体电解质的相变过程。随着ZnBr2浓度在充电过程中降低，SE的作用愈发显著。向水性电解质中引入多种盐类是一种有效且简便的策略，可显著突破低温运行窗口，并为低温电解质设计提供宝贵见解。然而，关于与Zn2+浓度持续变化相关的电解质体系中辅助电解质盐的研究鲜有报道。并且，在电池系统的实际运行中，防止相变能力并非唯一目标。电解质的允许低温极限与离子传输动力学特性需同步提升。此外，对于一些具有良好水溶性的常见盐，由阳离子和阴离子组成，阳离子的水合程度明显大于阴离子，因为它们的离子半径比阴离子小得多。因此，复合水性电解质的阳离子设计至关重要，是提升其性能的核心所在。   图文解析 1.电解质相变与溶剂化结构 图1不同SE阳离子电解质的相变及溶剂化结构   在-10°C下冻结的数字图像可见，在模拟50%UR条件下电解质中会形成白色物质（KCl），表明有效抑制低温电解质相变的关键在于防止SE沉淀。二维温度图显示，在特定摩尔浓度下，使用NH4Cl、NaCl和LiCl的电解质相变温度几乎均低于KCl。含NH4+的电解质相变温度介于原始K+和Na+之间。此外，从复合电解质体系中阳离子与水在298.15K和253.15K条件下的配位数曲线可观察到：NH4+的曲线呈现陡峭斜率（与K+相似），而Na+曲线斜率较缓，Li+曲线则具有明显平台特征，表明NH4+具有比Na+和Li+更松散的水配位结构。而且，就阳离子-水相互作用而言，NH4+在最低势能面上表现出比K+更强的结合力，可能源于NH4+与周围水分子之间形成的氢键。因此，与K+相比，NH4+在原始电解质和50%UR电解质中均表现出更低的相变温度。   2.含单价阳离子电解质的传输动力学研究 图2 SE阳离子对电解质传输动力学的影响   在0°至180°范围内，随着角度增大，N-H···O键长逐渐增加。因此，在约0–60°范围内，氢键强度随θ迅速下降至较低水平。NH4+···H2O结合能随θ变化的曲线进一步证实了此趋势。结果表明与其他金属离子相比，N-H···O键长较短的NH4+在离子与水的相互作用中起短暂作用。此外，在25°C（298.15 K）和-20°C（253.15K）条件下，使用NH4+时电解质中水分子间氢键的弛豫时间是这些单价阳离子中最短的，表明该电解质中的氢键网络最为松散，能够促进离子传输。并且，NH4+···H2O氢键的弛豫时间较NH4Cl电解质中的H2O····H2O氢键更短，有助于减弱NH4+与水的相互作用，降低水分子间的氢键强度，从而促进NH4+的快速扩散。核磁共振光谱显示含NH4+的电解质显示出最窄的半峰宽，表明离子运动速度快于含K⁺、Na⁺和Li⁺的电解质。因此，在NH₄Cl支撑的电解质中，离子迁移率应得到提升。   此外，循环伏安法曲线测试显示Zn2+的扩散系数顺序如下：NH4Cl溶液>KCl溶液>NaCl溶液>LiCl溶液。同时，Br–的扩散系数也显示出类似的顺序：NH4Cl溶液>KCl溶液>NaCl溶液>LiCl溶液。此外，在氯化物和溴化物溶液中，单价离子中铵离子具有最大的离子传输数，表明含有NH4+的电解质在ZBFB运行期间具有最低的欧姆极化。   3.NH4Cl与KCl电解液的电化学性能及锌沉积形貌 图3 NH4Cl与KCl电解质的电化学性能及锌沉积形貌表征   电化学测试显示NH4Cl电解质中的所有交换电流密度均高于KCl电解质中的相应值。此外，在该温度范围内，Zn²⁺-Zn⁰的电子转移系数（NH4Cl电解质）/（KCl电解质）始终大于1.3，表明，Zn²⁺-Zn⁰在NH₄Cl电解质中的电子交换动力学快于在KCl电解质中。   SEM-EDS堆叠图像显示在KCl电解质中，锌沉积物延伸至膜内，形成约10μm宽的复合区域。然而，NH4Cl电解质中锌未向膜内生长，表明含NH4Cl电解质的ZBFBs具有更好的循环稳定性。   4.ZBFBs在室温下的电化学性能 图4.室温下ZBFBs的电化学性能比较   长循环测试显示5M NH4Cl的ZBFB可以在40mA cm2和40mAh cm2下实现超过4600小时的稳定循环性能，而KCl支持的ZBFB在750小时后表现出快速衰减。此外，采用NaCl或LiCl电解质的ZBFBs在50次循环内发生短路。   倍率性能表明NH4Cl支持的ZBFB表现出比KCl更高的电压效率。即使在相对较高的240 mA cm−2电流密度下，使用NH4Cl电解质的ZBF平均电压效率约为57.9%，高于使用KCl电解质的约55.0%。   5.ZBFBs在-20℃下的电化学性能 图5在-20℃下的电化学性能

华南理工大学梁振兴教授 2025年液流电池重点研究成果总结 （感谢梁振兴教授团队校稿） 作者简介 梁振兴，华南理工大学化学与化工学院教授/副院长、国家杰出青年科学基金获得者、广东省燃料电池技术重点实验室/广东省电化学能源工程技术研究中心主任。研究领域包括:液流电池、燃料电池和锂/钠离子电池。课题组近年来围绕水系有机液流电池取得以下重要进展：开发了系列高性能的吡啶鎓盐与哌啶氮氧自由基储电分子体系，提升了电池的能量密度；发展了微纳尺度电化学方法，揭示了电解液中有机分子的聚集行为及结构动态演变机制，提升了电池稳定性；提出了梯度孔隙电极设计理念，提升了变物性水系有机液流电池的能量效率。近5年，以通讯（含共同通讯）作者在Joule、Angew、Adv. Mater.等期刊上发表论文70余篇。担任Chinese Journal of Catalysis副主编，中国化工学会储能工程专业委员会副主任委员，中关村储能产业技术联盟液流电池储能技术专业委员会副主任委员、广东省材料研究学会副理事长等。本文总结了梁振兴教授2025年度在液流电池领域的相关文章。   回顾：华南理工大学梁振兴教授2024年液流电池重点研究成果总结   文献总结 1、全周期耐氧有机液流电池（点击论文题目查看全文赏析） 第一作者：刘宇峰 通讯作者：梁振兴&黄明保&卢怡君 通讯单位：华南理工大学、香港中文大学 感谢华南理工大学梁振兴团队（第一作者：刘宇峰）校稿！   水系有机液流电池（AORFBs）在安全、可持续的长时储能领域展现出巨大潜力，但其负极侧储电分子（还原态）对氧气敏感性限制了其在空气中的稳定运行。本研究，华南理工大学梁振兴团队&香港中文大学卢怡君教授通过构建折叠二聚体，提出了通过降低“分子–氧气”电子耦合强度抑制反应动力学的思想，发展了折叠二聚体构象策略提升分子耐氧性。此外，这种折叠结构的形成不依赖于浓度/荷电态，赋予系统浓度不依赖的耐氧性能。实验表明，折叠二聚体紫精液流电池在空气中展现出高容量（46.5 Ah L-1）、高库仑效率（99.9%）以及优异的循环性能（在30%过量正极电解液配置下容量保持率为99.96%/天，在容量平衡配置下为99.46%/天）。本研究为开发AORFBs的耐氧电活性有机材料建立了一种动力学稳定化范式。   相关成果以“Full-cycle oxygen-tolerant organic flow batteries”为题发表在Joule期刊上。   2、利用六配位Fe(Ⅲ)膦酸盐配合物构建高容量、超稳定的中性全铁氧化还原液流电池（点击论文题目查看全文赏析） 第一作者：肖少豪 通讯作者：傅志勇&张杰 通讯单位：华南理工大学 感谢华南理工大学梁振兴团队（第一作者：肖少豪）校稿！   铁配合物的解离和单质铁沉积所导致的容量衰减问题，严重制约着水系全铁氧化还原液流电池（RFBs）的高浓度稳定运行。近期，华南理工大学梁振兴团队基于乙二胺四亚甲基膦酸（EDTMP）设计合成了一种新型铁配合物Fe(EDTMP)作为液流电池负极电解液，该配合物在中性条件下（pH≈8）的溶解度可达1.5 M。得益于其稳定的六配位结构，Fe(EDTMP)表现出良好的可逆氧化还原特性，其电位为−0.4 V vs Ag/AgCl。由此开发的全溶性全铁RFB，具有高浓度、高容量和长期循环稳定性。该电池在1.3 M的 Fe(EDTMP)电解液下运行，可实现31.67 Ah L−1的容量，并在1000次循环（约815小时）后，仍保持97%的初始容量。   相关成果以“A high-capacity and ultra-stable neutral all-iron redox flow battery constructed by utilizing the

华北理工大学何章兴教授 2024-2025年液流电池重点研究成果总结 （感谢何章兴教授校稿） 作者简介 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。 文献总结 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

大连理工大学贺高红教授 2025年液流电池重点研究成果总结 （感谢大连理工大学逄博校稿） 作者简介 贺高红，大连理工大学教授、博士生导师。长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，享受国务院政府津贴，国家有突出贡献专家，中国化工学会会士、常务理事，两次获得国家科技进步二等奖（2018年、2010年）及中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖（2017年、2009年），获得侯德榜化工科学技术奖，中国发明专利金奖，第十五届中国专利优秀奖，2017日内瓦国际发明展览会特别嘉许金奖等，辽宁省教学名师，辽宁省优秀专家。多年来主要从事膜分离过程、环保和过程工业节能改造等方面的研究，负责完成(在研)国家自然科学基金、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金石油化工重点项目、国家攻关项目、国家863计划项目、辽宁省博士启动基金和自然科学基金以及横向课题80余项。团队获批科技部重点领域创新团队、辽宁省高等学校创新团队、辽宁省石化行业高效节能分离技术工程实验室和辽宁省工业挥发性有机污染物综合治理及利用工程技术研究中心。本文总结了贺高红教授2025年度在液流电池领域的相关文章。 文献总结 1、结构调控解锁自支撑共价有机框架膜用于高电流密度液流电池 第一作者：底梦婷 通讯作者：贺高红 通讯单位：大连理工大学 感谢大连理工大学贺高红团队（第一作者：底梦婷）校稿！   共价有机框架（COF）膜因有序的孔道结构和可调控的表面化学特性，在电化学储能系统中备受关注。然而，固有的二维平面结构和强烈的π-π堆积相互作用使其内在具有刚性，难以加工成柔性自撑膜，严重限制了实际应用。本文，大连理工大学贺高红团队报道了一种磺酸功能化可实现自支撑COF（m-TpBDSA）膜的制备，而非磺酸化类似物在相同条件下仅能形成粉末（TpBD）。结构研究表明，磺酸基团诱导框架扭曲，削弱层间π-π堆积并促进应变耗散，从而使自支撑COF膜达到50 MPa的拉伸强度和高达3500 m−1的弯曲曲率。除了实现可加工性外，高密度磺酸基团在亚纳米通道内建立连续的氢键网络，通过Grotthuss机制促进质子快速迁移，赋予膜332 mS cm−1的质子传导率。基于此，磺酸化COF膜组装的全钒液流电池在500 mA cm−2下的能量效率达70%。本研究为膜形成机制和质子传输行为提供了深入见解，为设计用于先进电化学储能的柔性、高性能COF膜奠定了基础。   相关成果以“Structural modulation unlocks free-standing COF membranes for high-current-density flow batteries”为题发表在Chemical Engineering Journal 期刊上。   2、祝贺我司用户贺高红团队/吴雪梅/崔福军发表JMS：以离子簇为模板限制COFs在离子传导膜中的原位生长用于钒液流电池 第一作者：刘成伯 通讯作者：吴雪梅&崔福军 通讯单位：大连理工大学 感谢大连理工大学贺高红团队（第一作者：刘成伯）校稿！   COFs有望突破离子传导膜中质子传导与钒离子渗透之间的权衡，然而，最大化纳米级COF材料在聚合物基膜中的内在优势仍是一个挑战。在此，大连理工大学贺高红团队以膜中的离子簇作为模板，用于创建COF/离子簇共生离子传导通道的独特形态。在磺化聚苯并咪唑（SPBI）膜的浇铸过程中，离子簇模板通过与磺酸基团的多重氢键相互作用锚定三（4-氨基苯基）胺（TAPA）单体，诱导TpTAPA-COF纳米颗粒与离子簇的共生。共生的COF/离子簇微相结构明显增加了亲水性离子传导通道的尺寸，从5-8纳米增至20-30纳米，仅需约1wt%的COF含量，并通过TpTAPA-COF的6Å孔隙建立钒离子筛分网络，使得SPBI/COF-1%膜具有高达8.1×10⁹ mS s cm-3的离子选择性，约为Nafion 212（2.1×10⁹ mS s cm-3）的3.9倍。SPBI/COF-1%膜组装的钒氧化还原液流电池（VRFB）在200 mA cm-2时展现出82.3%的高能量效率，并在800次循环中保持稳定的循环性能，化学结构未发生改变。   相关成果以“Ionic cluster as template to

桂林电子技术大学黄泽波博士 2025年液流电池重点研究成果总结 （感谢桂电黄泽波博士供稿） 作者简介 黄泽波，博士/博士后、硕士研究生导师，研究方向为液流电池储能及新能源测控技术。目前在《Chemical Engineering Journal》、《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》、《Journal of Energy Storage》、《Electrochimica Acta》、《Journal of energy chemistry》、《International Journal of Hydrogen Energy》、《Journal of Power Sources》等国际知名期刊发表学术论60余篇，其中：SCI检索39篇(一作或通讯27篇、二区以上22篇、一区以上5篇)、EI检索7篇、核心期刊5篇，ESI高被引论文1篇，热点论文1篇，总IF>200；谷歌学术引用1200余次，H指数15，申请发明专利10余项。主持广西自然科学基金面上2项、成都科技局重点研发支撑计划1项、广西区重点实验室开放课题2项、广西区教育厅青年教师提升项目1项、企业横向2项；参与省部级项目多项。目前担任《装备制造技术》青年编委、《电气时代》联络员，《Chemical Engineering Journal》、《Journal of Energy Storage》、《Electrochimica Acta》、《Journal of Power Sources》、《Carbon》、《Journal of Alloys and Compounds》、《储能科学与技术》、《电源学报》及《电力电子技术》等10余个期刊审稿人。 文献总结 1、祝贺我司客户桂林电子科技大学黄泽波博士团队发表JPS：新型流道结构的设计与优化：提升钒液流电池的综合性能（点击论文题目查看全文赏析） 第一作者：黄泽波&刘沂林 通讯作者：谢兴&伍建军 通讯单位：桂林电子科技大学&四川能投天府新能源研究院有限公司 感谢桂林电子科技大学黄泽波博士校稿！ 在电池的各组成部件中，流道结构是影响电池性能的关键因素。截至目前，电池内部仍普遍存在电解液分布不均的问题，进而导致电池运行效率偏低。针对这一问题，本研究受自然界中叶片叶脉高效输运养分过程的启发，设计了一种仿生叶脉型流道结构，并创新性地在主流道内增设扰流构件。此举旨在借助分流与扰流效应，大幅提升电解液的分布均匀性及传质能力。通过仿真模拟验证了该模型的有效性，并制作了单电池进行多轮充放电循环实验验证。分析结果表明：在相同工况下，与蛇形流道相比，该仿生流道结构可使电池能量效率（EE）提升1.983%。 相关成果以“Design and optimization of a novel flow field structure to