在全球能源結(jié)構(gòu)向清潔低碳轉(zhuǎn)型的浪潮中，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)已成為支撐新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵支柱。隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)，如何實(shí)現(xiàn)電能的高效存儲(chǔ)與靈活調(diào)配，成為制約能源革命深入推進(jìn)的核心瓶頸。

堿性鋅基液流電池憑借高安全、高電壓、低成本的顯著優(yōu)勢(shì)，從眾多儲(chǔ)能技術(shù)中脫穎而出，成為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但其商業(yè)化進(jìn)程卻長(zhǎng)期受制于循環(huán)壽命短的技術(shù)難題。近日，西安交通大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)突破性成果，為這一困境帶來(lái)了根本性轉(zhuǎn)機(jī)。

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基于L-絲氨酸添加劑構(gòu)建有機(jī)分子差速鎖的電解液調(diào)控策略（圖源：西安交大）

堿性鋅基液流電池的核心痛點(diǎn)，在于其負(fù)極側(cè)存在的動(dòng)力學(xué)失配問題。鋅離子在電解液中的傳輸速度相對(duì)緩慢，而電化學(xué)反應(yīng)卻異常迅猛，這種速率上的不協(xié)調(diào)極易引發(fā)一系列負(fù)面影響：鋅枝晶的無(wú)序生長(zhǎng)會(huì)刺穿電池隔膜，導(dǎo)致內(nèi)部短路；析氫等副反應(yīng)則會(huì)消耗電解質(zhì)、降低電池效率，最終嚴(yán)重縮短電池的循環(huán)壽命。

長(zhǎng)期以來(lái)，科研界多聚焦于單一維度的電解液添加劑設(shè)計(jì)，試圖通過(guò)局部?jī)?yōu)化緩解問題，但始終難以從根本上協(xié)同解決離子傳輸與電化學(xué)反應(yīng)之間的矛盾，這也成為阻礙該技術(shù)走向規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵難題。

面對(duì)這一行業(yè)挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)（中心）主任何雅玲，攜手能源與動(dòng)力工程學(xué)院李印實(shí)教授團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期攻關(guān)創(chuàng)新性地提出了“有機(jī)分子差速鎖”概念，為解決鋅基液流電池的穩(wěn)定性問題提供了全新思路。

團(tuán)隊(duì)選用L-絲氨酸作為多功能電解質(zhì)添加劑，構(gòu)建起精準(zhǔn)調(diào)控電解液特性的系統(tǒng)性策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電解液體相和電極界面的分區(qū)協(xié)同優(yōu)化，巧妙化解了傳輸與反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)矛盾。

這一創(chuàng)新策略的精妙之處在于其對(duì)電池內(nèi)部關(guān)鍵過(guò)程的精準(zhǔn)把控。在體相電解液中，L-絲氨酸能夠重塑鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)，有效提升離子傳輸速率，同時(shí)利用自身的空間位阻效應(yīng)，適度減緩電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，讓原本 “快慢失衡” 的兩個(gè)過(guò)程趨于協(xié)調(diào)；而在電極界面，L-絲氨酸憑借優(yōu)先吸附特性，能夠引導(dǎo)鋅離子在電極表面均勻沉積，從源頭抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)，同時(shí)形成一層致密的保護(hù)層，顯著減輕析氫等副反應(yīng)對(duì)電池性能的破壞。

這種體相調(diào)控與界面優(yōu)化的雙重作用機(jī)制，如同為電池內(nèi)部安裝了一套智能差速鎖，讓離子傳輸與電化學(xué)反應(yīng)始終保持動(dòng)態(tài)平衡。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分驗(yàn)證了該技術(shù)的卓越性能。采用這一電解液調(diào)控策略的堿性鋅鐵液流電池，在50毫安/平方厘米（30毫安時(shí)/平方厘米）的電流密度下，能夠穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)230小時(shí)，循環(huán)穩(wěn)定性較傳統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

李印實(shí)教授介紹，這項(xiàng)研究不僅證實(shí)了L-絲氨酸添加劑的多重作用機(jī)制，更重要的是為鋅基液流電池的性能優(yōu)化提供了全新的理論依據(jù)和技術(shù)路徑，打破了以往單一維度優(yōu)化的局限。相關(guān)研究成果近日已在線發(fā)表于國(guó)際知名期刊《先進(jìn)功能材料》，獲得了國(guó)際學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。