1 月 4 日消息，西安交通大學(xué)（西安交大）研究團隊成功攻克了堿性鋅基液流電池中鋅離子傳輸與電化學(xué)反應(yīng)“失配”導(dǎo)致循環(huán)壽命短的關(guān)鍵難題，為開發(fā)高穩(wěn)定、長壽命的鋅基液流電池儲能技術(shù)提供了創(chuàng)新性解決方案。

堿性鋅基液流電池憑借高安全性、高電壓和低成本的獨特優(yōu)勢，一直是新型電力系統(tǒng)長時儲能技術(shù)的研究熱點。然而，其負(fù)極側(cè)存在鋅離子傳輸緩慢與電化學(xué)反應(yīng)過快之間的動力學(xué)失配問題，導(dǎo)致鋅枝晶生長和不可逆副反應(yīng)，嚴(yán)重限制了電池的循環(huán)壽命和商業(yè)化發(fā)展。

針對上述挑戰(zhàn)，西安交通大學(xué)能動學(xué)院何雅玲院士、李印實教授科研團隊創(chuàng)新性地提出了“有機分子差速鎖”的概念，報道了一種利用 L-絲氨酸（Ser）添加劑來構(gòu)建有機分子差速鎖的策略。其核心設(shè)計理念在于將 Ser 作為多功能添加劑部署到負(fù)極電解液中，通過體相和界面的分區(qū)調(diào)控建立一個鋅離子傳輸和電化學(xué)反應(yīng)平衡的有利化學(xué)環(huán)境，從而實現(xiàn)堿性鋅基液流電池的長時穩(wěn)定循環(huán)。

通過理論計算與實驗表征相結(jié)合，研究團隊證明了 Ser 在平衡輸運-反應(yīng)過程中的關(guān)鍵作用。在體相電解液中，Ser 重塑了鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)，在提高離子傳輸速率的同時限制了還原動力學(xué)。在電極 / 電解液界面處，Ser 優(yōu)先吸附在電極表面，在誘導(dǎo)界面離子通量均勻化的同時減緩了鋅沉積動力學(xué)。此外，Ser 可錨定在金屬鋅表面形成界面保護(hù)層，抑制了析氫和腐蝕。

循環(huán)測試結(jié)果表明，含 Ser 的電池在 50 mA?cm-2（30 mAh·cm-2）條件下可穩(wěn)定運行超過 230 小時。該工作揭示了 Ser 在調(diào)控鋅離子體相與界面行為中的多重作用機制，為開發(fā)高穩(wěn)定、長壽命堿性鋅基液流電池提供了新策略和理論依據(jù)。

該成果于去年 12 月發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）。何雅玲院士、李印實教授為論文通訊作者，能動學(xué)院博士生種法政為論文第一作者。