西安交大团队攻克碱性锌基液流电池寿命瓶颈
碱性锌基液流电池因其高安全性、较高的输出电压以及较低的成本，已成为新型电力系统中长时储能技术的重要研究方向。然而，这类电池在实际应用中面临一个关键问题：负极侧的锌离子传输速度与电化学反应速率之间存在显著失配。这一现象易引发锌枝晶的产生及不可逆的副反应，从而严重影响电池的循环寿命，并制约其商业化进程。
为应对上述问题，西安交通大学能源与动力工程学院由何雅玲院士与李印实教授带领的研究团队，提出了一种创新性的解决方案——“有机分子差速锁”机制。该团队采用L-丝氨酸（L-Ser）作为添加剂，成功构建了这一策略。其核心理念在于，通过将L-Ser引入负极电解液中，在体相与界面两个层面实施分区调控，营造出有利于锌离子传输与电化学反应平衡的化学环境，从而提升碱性锌基液流电池的循环稳定性。
研究团队结合理论计算与实验分析，系统揭示了L-Ser在调控锌离子行为方面的作用机制。在体相电解液中，L-Ser能够重构锌离子的溶剂化结构，从而在提升离子迁移速度的同时抑制其还原过程。而在电极/电解液界面区域，L-Ser优先吸附于电极表面，通过调节界面离子通量的分布，进一步减缓锌沉积的动力学过程。此外，L-Ser还可在锌金属表面形成保护层，有效抑制析氢反应与腐蚀行为。
实验数据显示，在50 mA·cm-2（30 mAh·cm-2）的电流密度下，添加L-Ser的电池可稳定运行超过230小时。这表明L-Ser在调控锌离子在体相与界面的行为方面具有多重机制作用。研究成果不仅为提升碱性锌基液流电池的稳定性和寿命提供了新思路，也为该类储能系统的进一步发展奠定了坚实的理论基础。
该研究成果于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论文通讯作者，团队博士生种法政担任第一作者。