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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...

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....

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...

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...

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...

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...

第一作者：肖思思，李爱民，叶文静，袁祥东 通讯作者：彭桑珊&何清&余桂华 通讯单位：湖南大学 DOI：10.1016/j.chempr.2026.103155 感谢湖南大学何清/彭桑珊团队（第一作者：肖思思）校稿！工作简介本研究通过采用灯笼形共价有机笼（超蕃）作为分子定制通道构筑模块，成功开发出超蕃膜。该设计实现了创纪录的组合性能：超低面电阻（0.1Ω...

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第一作者：王颖红 通讯作者：刘文、任龙涛、孙昊 通讯单位：北京化工大学、河南省科学院智能创新研究所 DOI：10.1002/adfm.77272工作简介水性锌锰电池（AZMBs）表现出出色的循环稳定性，在1...