研究提出了性能稳定的钒电解液设计策略

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋团队与中国科学院化学研究所副研究员张燕燕合作，在全钒液流电池中(VFBs)正极电解液稳定性研究取得了新的进展。通过对VFB正极电解液中五价钒离子溶剂结构的系统研究，团队阐明了正极电解液沉淀析出机制，并提出了性能稳定钒电解液的设计策略。相关成果发表在德国应用化学上。

VFBs具有安全性高、效率高、使用寿命长的优点，在大型供电系统储能领域具有广阔的应用前景。作为储能介质，电解质溶液的浓度和稳定性决定了电池系统的稳定性和能量密度。目前，正极电解液中的五价钒 [V(V)] 高温环境下容易转化为五氧化二钒沉淀，影响系统的可靠性，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，研究小组系统地分析了V，结合从零开始计算分子动力学模拟和原点液体飞行时间的二次离子质谱表征技术。(V) VO2(H2)溶剂化结构O)3] 到 VO(OH)三个完整的转换过程。

研究表明，水合V(V)(H2(H2)O)3] )通过脱水、去质子和质子转移过程，在高温和高浓度下，可以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，是决定反应速度的步骤。相比之下，硫酸根配位的V(V) 离子能有效抑制水分子的极化和后续的去质化过程，进而在高温环境下表现出优异的稳定性。基于上述机制，团队开发了50种混合酸钒电解液°单电池在C环境下稳定运行约3,000次。

这项研究不仅揭示了V(V) 为了提高电解液的稳定性，进一步提高VFB系统的可靠性和能量密度，溶剂化结构的转化机制具有重要的指导作用。