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    大連化物所揭示全釩液流電池正極電解液穩定化機理

    2025-05-26 11:06:34 來源：中國科學院大連化物所
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    簡介：近日，大連化物所儲能技術研究部李先鋒研究員團隊與中國科學院化學研究所張燕燕副研究員合作，在全釩液流電池（VFBs）正極電解液穩定性研究方面取得新進展。研究團隊通過系統研究VFB正極電解液中五價釩離子的溶劑化結構隨溫度的轉化過程，闡明了正極電解液沉淀析出機理，并據此提出了高穩定性釩電解液設計策略。這一成果為提高電解液的穩定性以及進一步提升VFB系統的可靠性和能量密度提供了重要指導。
    全釩液流電池（VFBs）因其安全性高、效率高、壽命長等優勢，在大規模電力系統儲能領域具有廣闊的應用前景。電解質溶液作為儲能介質，其濃度和穩定性決定了電池系統的穩定性和能量密度。然而，正極電解液中五價釩 [V(V)] 在高溫（> 45 °C）環境下易轉化為五氧化二釩（V2O5）沉淀，影響了系統的可靠性，并對電池的熱管理提出了很高的要求。

    針對這一關鍵科學問題，研究團隊結合從頭算分子動力學（AIMD）模擬與原位液體飛行時間二次離子質譜（in situ liquid ToF-SIMS）表征技術，系統解析了V(V) 溶劑化結構從[VO2(H2O)3]+到 VO(OH)3的完整轉化過程。研究發現，水合V(V)離子（[VO2(H2O)3]+）在高溫和高濃度下會經脫水、去質子和質子轉移過程，最終形成沉淀前驅體的偏釩酸（VO(OH)3）。第二次脫質子反應能壘最高，是反應的速率決定步驟。相比之下，硫酸根配位的V(V) 離子可有效抑制水分子的極化及后續去質子化過程，從而在高溫環境下表現出優異的穩定性。

    基于上述機理，團隊開發出混合酸釩電解液（2 MV），在50°C條件下實現單電池穩定運行3,000次以上。這一成果不僅揭示了V(V) 溶劑化結構的轉化機理，同時為提高電解液的穩定性，以及進一步提升VFB系統的可靠性和能量密度提供了重要的指導意義。

    大連化物所儲能技術研究部李先鋒研究員團隊與中國科學院化學研究所張燕燕副研究員合作，在全釩液流電池正極電解液穩定性研究方面取得新進展。通過系統研究VFB正極電解液中五價釩離子的溶劑化結構隨溫度的轉化過程，研究團隊闡明了正極電解液沉淀析出機理，并據此提出了高穩定性釩電解液設計策略。這一成果為提高電解液的穩定性以及進一步提升VFB系統的可靠性和能量密度提供了重要的指導。
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    全釩液流電池 全釩液流電池技術 全釩液流電池儲能

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