近日，我所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员团队在全钒液流电池（VFBs）负极电解液低温稳定化机理研究方面取得新进展。团队从原子层面阐明了VFB负极侧V(II)离子低温析出的演变机制，并提出了高稳定性钒电解液设计策略。
VFBs具有安全性高、循环寿命长、设计灵活等优势，在大规模储能领域展现出广阔的应用前景。电解质溶液作为储能介质，其稳定性直接决定了储能系统的工作温度窗口。在前期工作中，团队实现了正极电解液V(V) 在高温条件下从[VO2(H2O)3]+到沉淀前驱体VO(OH)3（Angew. Chem. Int. Ed.，2025），以及VO(OH)3脱水缩合生成V2O5沉淀的过程（Chem. Sci., 2026），并在此基础上提出了阳离子配位策略（J. Energy Chem.，2025）。然而，负极电解液中的V(II)在低温下的析出结构和演变过程尚不明确。
针对这一问题，研究团队结合单晶X射线衍射技术、原位变温拉曼光谱及密度泛函理论计算等手段，系统解析了低温条件下沉淀形成的微观机理。结果表明，低温条件下HSO4−离子的解离平衡（HSO4− + H2O ⇌ H3O+ + SO42−）正向移动，导致SO42−浓度升高。这些SO42−离子在相邻的V(H2O)62+之间形成氢键桥梁，驱动V(II)离子二聚并形成有序簇结构，最终诱发VSO4·xH2O沉淀。基于上述机理，团队提出了第一、第二溶剂化壳层双位点协同调控策略，通过引入复合添加剂乙腈和盐酸，分别重构了V(II)离子的第一和第二溶剂化结构，提高了电解液的低温稳定性。实验结果表明，采用该电解液组装的单电池在−10 °C条件下可稳定循环500次，能量效率保持在80%以上。该研究为宽温域VFBs电解液的设计提供了理论指导。
相关成果以“Chemistry Evolution of Low-Temperature Divalent Vanadium V(II) Precipitation Enables Wide Temperature Range Vanadium Flow Batteries”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的第一作者是我所DNL17博士研究生詹成波。上述研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院A类先导专项“基于高比例可再生能源的储能关键技术与示范”、新基石科学基金会科学探索奖等项目的支持。（文/图 詹成波、李天宇）
