文章导读
碱性锌基液流电池因成本低、安全性高被视为储能明星，却深陷“传输慢vs反应快”的致命困局——锌枝晶肆虐、寿命骤降，商业化之路屡屡受挫！西安交大何雅玲院士、李印实教授团队重磅破解这一难题：首创“有机分子差速锁”策略，巧妙引入L-丝氨酸添加剂，同步调控体相离子传输与界面沉积动力学。实验证明，它既能重塑溶剂化结构加速离子迁移，又形成保护层抑制副反应，让电池在严苛条件下稳定运行超230小时。这项发表于《先进功能材料》的突破，不仅终结了锌枝晶噩梦，更为长时储能技术铺就了高性价比新路径——告别寿命焦虑，电网级储能革命近在眼前！
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碱性锌基液流电池凭借高安全性、高电压和低成本的独特优势，一直是新型电力系统长时储能技术的研究热点。然而，其负极侧存在锌离子传输缓慢与电化学反应过快之间的动力学失配问题，导致锌枝晶生长和不可逆副反应，严重限制了电池的循环寿命和商业化发展。现有研究聚焦于负极侧电解质添加剂设计，通过提高离子传输速率或调节反应动力学来缓解上述矛盾，但如何实现二者高效协同仍然是一个重大挑战。因此，亟需开发能够精准调控离子输运与电化学反应过程的新型电解质添加剂，实现碱性锌基液流电池高稳定、长寿命运行。
针对上述挑战，西安交通大学能动学院何雅玲院士、李印实教授科研团队创新性地提出了“有机分子差速锁”的概念，报道了一种利用L-丝氨酸（Ser）添加剂来构建有机分子差速锁的策略。其核心设计理念在于将Ser作为多功能添加剂部署到负极电解液中，通过体相和界面的分区调控建立一个锌离子传输和电化学反应平衡的有利化学环境，从而实现碱性锌基液流电池的长时稳定循环。
通过理论计算与实验表征相结合，研究团队证明了Ser在平衡输运-反应过程中的关键作用。在体相电解液中，Ser重塑了锌离子溶剂化结构，在提高离子传输速率的同时限制了还原动力学。在电极/电解液界面处，Ser优先吸附在电极表面，在诱导界面离子通量均匀化的同时减缓了锌沉积动力学。此外，Ser可锚定在金属锌表面形成界面保护层，抑制了析氢和腐蚀。循环测试结果表明，含Ser的电池在50 mA·cm-2（30 mAh·cm-2）条件下可稳定运行超过230小时。该工作揭示了Ser在调控锌离子体相与界面行为中的多重作用机制，为开发高稳定、长寿命碱性锌基液流电池提供了新策略和理论依据。
基于L-丝氨酸添加剂构建有机分子差速锁的电解液调控策略
（a）液流电池传输与反应过程示意图；（b）有机分子差速锁的设计理念；
（c）原始电解液中的锌枝晶与副反应；（d）添加剂对锌沉积过程的调控作用。
近日，该成果以《有机分子差速锁平衡输运-反应动力学实现长寿命碱性锌基液流电池》（Organic Molecular Differential Lock Balancing Transport-Reaction Kinetics for Long-Life Alkaline Zinc-Based Flow Batteries）为题，发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。何雅玲院士、李印实教授为论文通讯作者，能动学院博士生种法政为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。表征及测试工作得到西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台（中心）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202521073
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这个有机分子差速锁概念挺有意思的，之前做实验也遇到过锌枝晶问题