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第一作者：王海洋 通讯作者：秦野 通讯单位：沈阳化工大学 DOI：10.1016/j.jpowsour.2026.240372 感谢沈阳化工大学秦野团队（第一作者：王海洋）校稿！ 成果简介   本研究采用溶剂热法合成了Bi2O3纳米颗粒，随后将其固定在介孔碳（MC）上形成Bi2O3@MC催化剂颗粒，并进一步锚定于碳毡（CF）上制得Bi2O3@MC/CF复合电极。实验结果表明Bi2O3@MC/CF电极具有优异的润湿性，接触角达92.8°，比原始CF低37.6°。在电流密度为200mA cm-2时，以Bi2O3@MC/CF作为负极的钒氧化还原液流电池（VRFBs）可实现85.0%的EE和67.4%的电解液利用率，较原始CF分别提升12.7%和18.7%。当电流密度增至500mA cm-2时，原始CF电池因严重极化而无法充放电；相比之下，Bi2O3@MC/CF的VRFBs仍保持69.4%的EE。此外，在400次充放电循环中EE衰减缓慢，展现出优异的循环稳定性。   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析   碳毡（CF）因成本低廉、导电性优异且化学稳定性良好，被广泛用作VRFB的电极材料。然而，当作为负极使用时，CF表现出缓慢的V3+/V2+氧化还原反应动力学，并易发生析氢副反应，阻碍了VRFB性能的进一步提升。因此，亟需开发具有高催化活性的负极材料，以提高VRFB的负极反应速率和EE。   图文解析 1.SEM和亲水性 图1.不同电极的SEM和接触角   原始MC呈现不规则的微米级片状结构，表面光滑且具有规则的多孔特征。改性后，Bi2O3纳米颗粒均匀负载于MC表面及孔隙内部，同时原始介孔结构得到良好保留，证实了通过溶剂热法成功合成了Bi2O3与MC复合材料。EDS元素分布图表明铋元素均匀分布于CF表面，进一步验证了Bi2O3@MC对CF的成功修饰，证明Bi2O3@MC/CF复合材料兼具MC的高比表面积与Bi2O3的高催化活性。   接触角结果显示原始CF表现出高度疏水性，接触角为130.4◦。引入MC后，MC/CF电极的接触角显著降低至102◦（降低了28.4◦），表明MC显著改善了电极的润湿性。对于Bi2O3@MC/CF电极，接触角进一步降至92.8◦，分别比原始CF和MC/CF低37.6◦和9.2◦，证明Bi2O3改性在增强润湿性方面具有显著的协同效应。结果表明MC的引入不仅通过其介孔结构提供了更大的比表面积，还降低了表面疏水性，从而促进了电解液的渗透。   2.结构分析 图2.不同电极的XRD和XPS谱图   XRD谱图显示MC在29◦和43◦处显示出宽泛的衍射特征。对于Bi2O3@MC，30◦、45◦和52◦处出现了额外的明显峰，表明Bi2O3已成功负载到MC基体上。此外，复合材料中MC在43◦处的特征峰依然清晰可见，表明负载Bi2O3后碳骨架基本保持完整。   XPS谱图显示了Bi、C和O信号，证实了这些元素的成功整合。在高分辨率C1s谱图中，碳物种可分解为四个明显的峰，分别位于284.80eV、286.40eV、288.98eV和291.88eV，对应C-C键、C-O键、C=O键及π−π共轭键。π−π峰的保留表明MC的碳骨架结构保持完整。此外，高分辨率的O1s和Bi4f光谱揭示了Bi2O3与MC基质之间存在强烈的界面化学相互作用。O1s光谱可拟合出四个峰，分别位于530.68eV、532.08eV、533.38eV和535.28eV，对应Bi-O键、C=O键、羧基和O-H键。在Bi 4f光谱中，两个主峰位于165.08eV和159.78eV，分别对应Bi3+的Bi 4f5/2和Bi 4f7/2能级。   此外，复合材料的结合能表现出显著偏移。具体而言，Bi2O3@MC复合材料中的Bi 4f峰结合能分别降低了约0.92eV和1.72eV；相反，O1s谱中的Bi-O峰结合能则升高（从529.7eV升至530.68eV）。显著的结合能偏移直接证明了强烈的化学耦合作用，可能是通过Bi-O-C界面连接形成的，不仅紧密地锚定了Bi2O3纳米粒子以防止电解液冲洗过程中的分离，而且构建了高效的电子传输途径，从而协同加速了钒离子的氧化还原动力学。   3.电化学表征 图3.所制备电极的电化学动力学及界面特性   在10mV s-1的扫描速率下，Bi2O3@MC/CF电极表现出最高的阳极和阴极峰电流密度（Ipa和Ipc）。同时，其峰值电位差（ΔEp）显著降低至0.28V，而原始CF电极为0.54V。不同扫描速率（2-20 mV s-1）下记录的循环伏安曲线显示随着扫描速率的增加，阳极和阴极的峰值电流都增加，峰值电位系统地移动。与原始CF和MC/CF相比，Bi2O3@MC/CF在整个扫描速率范围内表现出接近1的-Ipa/Ipc比值，且对扫描速率的依赖性较弱，表明其电化学可逆性得到改善。   电化学阻抗谱显示Bi2O3@MC/CF电极的电荷转移电阻（Rct=15.3Ω）远低于MC/CF电极（39.6Ω）和原始CF电极（345.4Ω），表明界面电荷转移动力学显著加快。此外，该复合电极的电阻Rs仍保持在极低水平，证实MC基质的引入有效维持了框架优异的电导率。   4.电池性能 图4.组装后的电池性能   与C-C和MC-C电池相比，BMC-C电池表现出更低的充电平台电压和更高的放电平台电压。例如，在200mA cm−2下，充电平台电压从1.64V（C-C）降至1.50V，而放电平台电压则从1.01V升至1.30V。相应地，BMC-C的充放电电压差（ΔV）降至0.20V，而C-C为0.63V、MC-C为0.34V，结果表明Bi2O3@MC改性有效缓解了电极极化现象。   电池的倍率性能及相应的电解液利用率结果表明BMC-C电池具有优异的高倍率性能。在低电流密度区域（50-75mA cm-2）内，BMC-C电池的放电容量略低于C-C和MC-C参比电池。然而，当电流密度超过100mA cm-2时，动力学限制成为主导因素，BMC-C电池的优势变得极为显著。当电流密度增至200和300mA cm-2时，C-C和MC-C电池的容量因严重的浓差极化和欧姆极化而急剧下降（C-C电池在300mA cm-2下无法稳定工作）。相比之下，BMC-C电池保持了较高的容量保留率。具体而言，在200mA cm-2时，放电容量较MC-C和C-C电池分别提升36.6mAh和117.8mAh，体积能量密度分别增加3.32Wh […]

2026年5月，武汉之升新能源有限公司凭借500+单电池测试系统客户案例、专业的技术支持和售后能力，成功中标头部钒电解液企业一批一体化液流单电池测试系统！ 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 （1）一体化液流电池单电池测试系统（YTH-1）（点击图片查看产品详细信息）   【关于武汉之升新能源有限公司】   武汉之升新能源有限公司是国内唯一专注液流电池测试解决方案提供商，面向从事液流电池研发生产的国内外高校、研究所及企业，定制化提供：液流电池核心材料、夹具及单电池测试系统、定制电堆及电堆测试系统、液流反应器、相关配件等产品。     公司技术团队由长期从事液流电池产业的技术专家组成，核心人员从业经验丰富，拥有十年以上液流电池行业经验，先后主持和参与多项国家及省部级重大液流电池项目，技术团队具备液流电池测试整体解决方案提供能力，充分满足各种类型液流电池的差异化定制需求。     公司液流电池测试装备产品累计客户突破600余家，产品销量突破800余套，支撑客户发表论文300余篇，远销10余个国家，国内市场份额超90%。

第一作者：姚辉祥 通讯作者：贺高红&吴雪梅&逄博 通讯单位：大连理工大学 DOI：10.1016/j.ensm.2026.105212 感谢大连理工大学贺高红团队（第一作者：姚辉祥）校稿！ 成果简介   本文提出了电子吸引侧链保护工程策略：得益于侧链中三氟甲基和羧酸基团的电子吸引效应，-SO₃H位于主链苯环上，增强了质子解离能力；苯环氢原子的静电势升高从而排斥钒离子；同时HOMO-LUMO能隙扩大，形成了优异的氧化能垒，进而提升了磺化聚芳基膜（SPTPC）的H⁺/Vn⁺选择性和化学稳定性。SPTPC膜兼具低面电阻（0.2 Ω cm²）和低钒渗透率（1.1×10⁻⁹ cm² s⁻¹），实现了卓越的H⁺/Vn⁺选择性（5.54×10¹⁰ mS s cm⁻³）。基于此，VRFB在280 mA cm⁻²下的能量效率达到80%，并在200 mA cm⁻²下经受7000次充放电循环，表现极低的放电容量衰减速率（0.027%），证明SPTPC膜优异的循环稳定性。   《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   背景分析   质子传导膜的化学结构设计是调控离子选择性传导通道形态及膜化学稳定性的关键。商业化Nafion膜凭借聚合物主链中的C-F键具有极高的化学稳定性，而灵活的脂肪族磺酸化侧链有效提升了微相分离性能；然而，相对较大的离子簇状的质子导电通道导致H⁺/Vn⁺选择性较差。非氟化质子传导膜，如磺化聚醚醚酮（SPEEK）、磺化聚砜（SPSF）、磺化聚酰亚胺（SPI）等，含有芳香族主链，具有空间阻隔性，可有效阻止钒离子的渗透，但杂原子（磺酰基（O=S=O）、醚键（-O-）、酰亚胺（O=C-N-C=O）等）的键能相对较低，导致膜降解快、电池容量衰减快、循环性能差。此外，与质子导电通道的H+Vn+选择性高度相关的能量效率，尤其在高电流密度条件下的能量效率仍需进一步提升。   图文解析 1.SPTPC膜的结构及形貌特征 图1SPTPC膜的化学结构表征   在PTPC的¹H NMR谱图中，7.1ppm（H₄）和7.8ppm（H₅）处的特征峰归属于侧链苯环质子，其余峰信号（H₁，₂，₃）则对应主链苯环质子H₁、H₂、H₃、H₄和H₅的积分峰面积比为2:2:2:1:1，证实了PTPC的成功合成。磺化反应后，由于-SO₃H基团的吸电子效应，特征峰分别移至8.3ppm（H₁‘）、8.0ppm（H₅’）和7.7ppm（H₂，₆，₇′）；H₅‘与H₄’的峰面积比为1:1，证明-SO₃H位于SPTPC-1.38的主链上。随着磺化度增加，SPTPC-2.59谱图中出现新的特征峰H₁“（8.4ppm）和H₈”（8.45ppm），表明第二个-SO₃H基团已接枝至PTPC主链。因此，吸电子侧链促使磺酸基团优先定位于主链苯环上。在FTIR谱图中，1700cm⁻¹和1147cm⁻¹处的吸收峰分别代表PTPC膜中-C=O和-C-F化学键。磺化处理后，SPTPC膜中出现了-SO₃H基团的特征峰S-O（1092cm⁻¹和1054cm⁻¹）及C-S（609cm⁻¹）。在XPS表征谱图中，SPTPC-2.59膜在169eV附近出现了新的S2p特征峰，不同的S2p 3/2和S2p 1/2峰分别出现在168.8eV、169.3eV、169.9eV和170.5eV，表明PTPC主链上接枝了两个-SO₃H基团。 图2膜形态特征分析   SEM和EDX图像进一步证实SPTPC膜具有无缺陷的形貌结构，且碳(C)、氧(O)和硫(S)元素分布均匀。AFM图像中的显著高度变化表明SPTPC膜中二维和三维形成了良好的微相分离结构。通过高度变化检测到的离子簇尺寸在SPTPC-1.38膜中为5–8nm，在SPTPC-2.59膜中为6–9nm。除8.97nm的离子峰外，SPTPC-2.59膜中还检测到另一个6.4nm的离子峰，表明存在由不同官能团构成的层级化离子簇。染色后的质子导电膜的TEM图像也显示出相似的尺寸特征，尤其是明显的分级离子簇形态。亲水基团（-SO₃H和-COOH）不同的解离能力导致了分级离子簇的形成，从而有效平衡了膜的质子传导性能与溶胀特性。   2.SPTPC膜的物理化学性质 图3.SPTPC膜的特性   随着SPTPC膜的IEC从1.38mmol g⁻¹增至3.34mmol g⁻¹，吸水率从6.5%上升至53.2%，而溶胀率始终控制在18.0%以下。此外，SPTPC膜的拉伸强度（TS）为25.6–32.1MPa，断裂伸长率为5–10.1%。随着吸水率增加，室温下的质子电导率从3.25mS cm⁻¹升至78.1mS cm⁻¹。因此，SPTPC系列膜可实现较低的面电阻。尽管钒渗透率从0.21×10⁻⁹cm s⁻¹增至2.7×10⁻⁹ cm s⁻¹，但仍比Nafion 212膜低两个数量级。相应地，SPTPC-2.59膜实现了高达5.54×10¹⁰ mS s cm⁻³的H⁺/Vn⁺选择性，比Nafion 212膜高出两个数量级。  

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