西安交大团队破解锌基电池寿命难题

1 月 4 日消息，西安交通大学（西安交大）研究团队成功攻克了碱性锌基液流电池中锌离子传输与电化学反应“失配”导致循环寿命短的关键难题，为开发高稳定、长寿命的锌基液流电池储能技术提供了创新性解决方案。

碱性锌基液流电池凭借高安全性、高电压和低成本的独特优势，一直是新型电力系统长时储能技术的研究热点。然而，其负极侧存在锌离子传输缓慢与电化学反应过快之间的动力学失配问题，导致锌枝晶生长和不可逆副反应，严重限制了电池的循环寿命和商业化发展。

针对上述挑战，西安交通大学能动学院何雅玲院士、李印实教授科研团队创新性地提出了“有机分子差速锁”的概念，报道了一种利用 L-丝氨酸（Ser）添加剂来构建有机分子差速锁的策略。其核心设计理念在于将 Ser 作为多功能添加剂部署到负极电解液中，通过体相和界面的分区调控建立一个锌离子传输和电化学反应平衡的有利化学环境，从而实现碱性锌基液流电池的长时稳定循环。

通过理论计算与实验表征相结合，研究团队证明了 Ser 在平衡输运-反应过程中的关键作用。在体相电解液中，Ser 重塑了锌离子溶剂化结构，在提高离子传输速率的同时限制了还原动力学。在电极 / 电解液界面处，Ser 优先吸附在电极表面，在诱导界面离子通量均匀化的同时减缓了锌沉积动力学。此外，Ser 可锚定在金属锌表面形成界面保护层，抑制了析氢和腐蚀。

循环测试结果表明，含 Ser 的电池在 50 mA・cm-2（30 mAh·cm-2）条件下可稳定运行超过 230 小时。该工作揭示了 Ser 在调控锌离子体相与界面行为中的多重作用机制，为开发高稳定、长寿命碱性锌基液流电池提供了新策略和理论依据。

该成果于去年 12 月发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。何雅玲院士、李印实教授为论文通讯作者，能动学院博士生种法政为论文第一作者。

附论文链接：