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大连化物所揭示全钒液流电池正极电解液稳定化机理

2025-05-26 11:06:34 来源：中国科学院大连化物所

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简介：近日，大连化物所储能技术研究部李先锋研究员团队与中国科学院化学研究所张燕燕副研究员合作，在全钒液流电池（VFBs）正极电解液稳定性研究方面取得新进展。研究团队通过系统研究VFB正极电解液中五价钒离子的溶剂化结构随温度的转化过程，阐明了正极电解液沉淀析出机理，并据此提出了高稳定性钒电解液设计策略。这一成果为提高电解液的稳定性以及进一步提升VFB系统的可靠性和能量密度提供了重要指导。

全钒液流电池（VFBs）因其安全性高、效率高、寿命长等优势，在大规模电力系统储能领域具有广阔的应用前景。电解质溶液作为储能介质，其浓度和稳定性决定了电池系统的稳定性和能量密度。然而，正极电解液中五价钒 [V(V)] 在高温（> 45 °C）环境下易转化为五氧化二钒（V2O5）沉淀，影响了系统的可靠性，并对电池的热管理提出了很高的要求。

针对这一关键科学问题，研究团队结合从头算分子动力学（AIMD）模拟与原位液体飞行时间二次离子质谱（in situ liquid ToF-SIMS）表征技术，系统解析了V(V) 溶剂化结构从[VO2(H2O)3]+到 VO(OH)3的完整转化过程。研究发现，水合V(V)离子（[VO2(H2O)3]+）在高温和高浓度下会经脱水、去质子和质子转移过程，最终形成沉淀前驱体的偏钒酸（VO(OH)3）。第二次脱质子反应能垒最高，是反应的速率决定步骤。相比之下，硫酸根配位的V(V) 离子可有效抑制水分子的极化及后续去质子化过程，从而在高温环境下表现出优异的稳定性。

基于上述机理，团队开发出混合酸钒电解液（2 MV），在50°C条件下实现单电池稳定运行3,000次以上。这一成果不仅揭示了V(V) 溶剂化结构的转化机理，同时为提高电解液的稳定性，以及进一步提升VFB系统的可靠性和能量密度提供了重要的指导意义。

大连化物所储能技术研究部李先锋研究员团队与中国科学院化学研究所张燕燕副研究员合作，在全钒液流电池正极电解液稳定性研究方面取得新进展。通过系统研究VFB正极电解液中五价钒离子的溶剂化结构随温度的转化过程，研究团队阐明了正极电解液沉淀析出机理，并据此提出了高稳定性钒电解液设计策略。这一成果为提高电解液的稳定性以及进一步提升VFB系统的可靠性和能量密度提供了重要的指导。