西安交大团队突破碱性锌基液流电池寿命瓶颈
碱性锌基液流电池因其安全性能高、电压平台理想且成本低廉，长期以来被视为新型电力系统中长时储能的关键候选技术。不过，该类电池在负极侧普遍面临锌离子传输速率偏低与电化学反应速率偏高的失配问题，导致锌枝晶的产生及副反应不可逆，严重制约了其循环稳定性与商业化应用。
为解决这一技术难题，西安交通大学能源与动力工程学院的何雅玲院士与李印实教授团队提出了“有机分子差速锁”这一创新概念，并首次报道了基于 L-丝氨酸（L-Serine，简称 Ser）添加剂的实现路径。该策略通过在负极电解液中引入多功能的 Ser 分子，分别对体相和界面区域进行差异化调控，从而在锌离子的传输与电化学反应之间建立动态平衡，营造出有助于长期稳定循环的化学环境。
结合理论模拟与实验分析，研究团队确认了 Ser 在协调锌离子输运与还原反应方面的重要作用。在体相电解液中，Ser 通过重构锌离子的溶剂化结构，不仅提升了离子的传输速率，还有效抑制了还原反应的进程。而在电极与电解液的界面处，Ser 优先吸附于电极表面，引导离子通量的均匀分布，减缓了锌沉积的速率。更重要的是，Ser 还能在金属锌表面形成一层稳定保护膜，有效抑制析氢反应和腐蚀行为。
实验结果显示，在 50 mA·cm-2 电流密度（30 mAh·cm-2 电荷量）条件下，含 Ser 的电池能够持续稳定运行超过 230 小时，显著提升了电池的循环性能。该研究不仅揭示了 Ser 在调控锌离子体相行为与界面行为中的多重机制，也为今后设计具备高稳定性与长寿命特性的碱性锌基液流电池提供了新的思路与理论支撑。
相关成果于 2023 年 12 月发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。何雅玲院士与李印实教授为该论文的通讯作者，能源与动力工程学院博士研究生种法政为第一作者。