锌溴液流电池因安全、成本低在大规模储能领域应用前景广阔。然而，锌离子容易在电极/电解液界面形成枝晶，像水管里的水垢，不仅会堵塞通道，更可能刺穿隔膜导致电池短路，严重缩短电池寿命；同时电池在高负荷下工作时，还易出现极化问题，共同制约着其效率与寿命。

近日，深圳理工大学的研究团队在《美国化学学会能源快报》上发表最新成果，为锌溴液流电池的寿命和效率问题找到了解决方案。

研究团队给碳毡表面镀上了一层新型二维片层纳米材料——MXene纳米片，形成了锌离子储层，将界面区域的锌离子有效浓度提升至常规碳毡的364倍，从而促进了锌的均匀成核与沉积，有效抑制了枝晶生长；MXene的高导电性缓解了堵车般的极化问题，让锌溴液流电池在 20 毫安每平方厘米 的电流密度和 20 毫安时每平方厘米 的面积容量下，能保持超过1000小时的稳定循环性能，平均能量效率接近85%，让电池稳定性大幅提升。

锌阳极性能取决于锌离子在电极-电解液界面的有序迁移与沉积。在循环过程中，电极表面易出现电场和离子分布不均，诱发尖端效应，导致锌枝晶生长，进而引发短路等问题。

现有方法（如电解质改性、构建人工SEI层）虽能一定程度上稳定沉积行为，但往往限制离子反应通量，仅适用于低电流密度场景，且难以适应液流电池的动态环境。此外，传统碳毡电极对锌离子吸附弱、活性位点少，易引起多种极化现象，加速性能衰退。

针对这些难题，团队提出给碳毡电极加上一层Ti?C?T?-MXene纳米片，构建MXene@CF复合电极。为了验证MXene@CF电极的效果，研究团队从结构表征、电化学性能、理论计算等方面进行了一系列实验，为提升锌溴液流电池的循环寿命与能量效率提供了充分支撑。

为验证对电池性能提升的实际作用，团队把MXene@CF组装至锌溴液流电池中，系统测试其稳定性与效率。研究结果显示，MXene@CF电极表面的锌离子浓度与电场分布更均匀；极化损失显著缓解，整体电压极化显著降低。在20毫安每平方厘米的高电流密度和20毫安时每平方厘米的高面积容量下高强度工况下，MXene@CF基电池可稳定循环超500次，连续工作超1000小时无明显电压衰减。

“这项研究的核心创新点在于利用MXene的赝电容特性，在电极界面构建了一个动态的锌离子储库，从而维持IHP内离子浓度和电场的稳定，从根源上避免了枝晶的形成和极化效应的加剧。”论文共同通讯作者、深圳理工大学材料科学与能源工程学院助理教授梁国进表示。

该技术不仅能让成本低、安全性高的锌溴液流电池适配于高负荷场景，为风能、太阳能等清洁能源的大规模存储提供可靠选择，还为开发高性能、长寿命的锌基液流电池系统提供了实用方案，有望推动锌基储能领域的发展。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.5c02492