西安交大科研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出色的电压性能、较低的成本以及较高的安全性，长期以来被视为新型电力系统中长时储能的重要候选方案。然而，该类电池在实际应用中面临一个关键难题：在负极区域，锌离子的传输速率与电化学反应速度之间存在明显失配，导致锌枝晶形成以及不可逆的副反应，这严重阻碍了其循环寿命和进一步的商业化进程。
为应对这一挑战，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一种创新性的“有机分子差速锁”机制。该策略通过在负极电解液中引入 L-丝氨酸（Ser）添加剂，构建了一个可有效调控锌离子传输与电化学反应平衡的化学环境，从而显著提升了电池的运行稳定性。
研究团队结合理论计算与实验分析，深入揭示了 Ser 在调节锌离子行为方面的作用机制。在体相电解液中，Ser 能够重构锌离子的溶剂化结构，不仅提升了离子迁移速率，还有效抑制了其还原反应的速率。而在电极/电解液界面区域，Ser 优先吸附于电极表面，一方面均匀了离子通量分布，另一方面减缓了锌沉积过程。此外，Ser 还能在锌金属表面形成一层保护性界面层，从而有效抑制析氢反应和腐蚀现象。
实验数据显示，在 50 mA・cm-2（30 mAh・cm-2）的电流密度下，添加 Ser 的电池能够稳定运行超过 230 小时，表现出显著的循环稳定性。这项研究不仅揭示了 Ser 在调控锌离子体相与界面行为方面的多重作用机制，也为设计高稳定性、长寿命的碱性锌基液流电池提供了新的理论基础和策略支撑。
该研究成果于 2023 年 12 月发表在国际知名期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。何雅玲院士与李印实教授担任论文通讯作者，西安交通大学能源与动力工程学院博士研究生种法政为第一作者。