鋅基液流電池由于其高能量密度和低成本的等特點(diǎn)而受到高度關(guān)注。然而，它們的可靠性通常受到不可控鋅枝晶的限制。

在此，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李先鋒、袁治章、李國輝等人利用有機(jī)配體在負(fù)極和正極之間設(shè)計(jì)了一座人工橋，以實(shí)現(xiàn)鋅基液流電池中鋅成分從體液到負(fù)極界面區(qū)的快速轉(zhuǎn)移。配體作為橋梁，首先與鋅成分配位，然后吸附在負(fù)極表面，為鋅成分構(gòu)建定向三維傳輸通道，從而實(shí)現(xiàn)高度均勻致密的鋅形態(tài)。

重要的是，以有機(jī)配體為負(fù)極的堿性鋅-鐵液流電池堆在 40 mA cm^-2的條件下實(shí)現(xiàn)了約 700 小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)，平均庫侖效率為 98.04%，能量效率為 88.53%。

圖1. 作用機(jī)制

總之，該工作利用 EDTA 配體在負(fù)極和正極之間架起了一座物理化學(xué)界面橋，用于堿性鋅-鐵液流電池。EDTA 配體不僅能改變鋅成分的配位結(jié)構(gòu)，從 Zn(OH)₄²變?yōu)?EDTA-Zn(OH)₃，還能通過物理化學(xué)界面橋?yàn)殇\成分構(gòu)建快速離子傳輸通道。

得益于物理化學(xué)界面橋，Zn||Zn 對(duì)稱電池在 80 mA cm^-2的高電流密度下，通過理想的鍍鋅/條紋工藝，實(shí)現(xiàn)了11.75 Ah cm^-2的顯著總沉積累積容量。不含鋅枝晶，AZIFB 單體電池和電池堆都能達(dá)到較高的循環(huán)性能。因此，該項(xiàng)工作能有效提高堿性鋅鐵液流電池的循環(huán)穩(wěn)定性，縮小液流電池單體開發(fā)與電池堆運(yùn)行之間的差距，為促進(jìn)高效長壽命鋅基電池的開發(fā)提供了一條可行的途徑。

圖2. AZIFB 和 AZIFB 電池堆的電解液性能

Artificial Bridge between Anode and Anolyte Enabled by Organic Ligand for Sustainable Zinc-Based Flow Batteries, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee02693k