西安交大团队提出新策略 解决锌基电池寿命瓶颈
碱性锌基液流电池因其安全性高、电压表现优异及成本低廉，近年来在长时储能技术领域备受关注。然而，该类电池在负极区域普遍面临锌离子传输速率与电化学反应速度之间的不匹配问题，这一现象容易引发锌枝晶的生成以及一系列不可逆的副反应，严重制约了电池的循环稳定性与商业应用前景。
为应对上述技术障碍，西安交通大学能源与动力工程学院何雅玲院士与李印实教授领导的研究团队提出了一种创新策略，引入“有机分子差速锁”的概念。他们通过在负极电解液中添加L-丝氨酸（L-Ser）作为多功能添加剂，实现了对锌离子传输与电化学反应过程的分区控制，从而在体相与界面之间构建出一个有利于二者平衡的电化学环境，有效提升了电池的循环寿命。
该团队结合理论模拟与实验表征，揭示了L-丝氨酸在调控锌离子行为中的多重机制。在体相电解液中，L-丝氨酸能够重新构造锌离子的溶剂化结构，一方面加快离子迁移速率，另一方面又适度抑制了还原反应的进行。在电极/电解液界面，L-丝氨酸优先吸附在金属表面，不仅有助于离子通量的均匀分布，还在一定程度上减缓了锌沉积速率。此外，L-丝氨酸还能在锌表面形成保护层，有效抑制了析氢反应和电极腐蚀。
在实际测试中，添加L-丝氨酸的电池在50 mA・cm⁻²（30 mAh・cm⁻²）的电流密度下，实现了超过230小时的稳定运行，表现出显著的性能提升。这一研究不仅阐明了L-丝氨酸在调控锌离子行为中的关键作用，也为碱性锌基液流电池的设计与优化提供了新的理论支撑与技术路径。
该成果于2023年12月发表于国际权威期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。通讯作者为何雅玲院士与李印实教授，第一作者为西安交通大学能源与动力工程学院博士研究生种法政。