近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋团队和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（VFBs）正极电解液稳定性研究方面取得新进展。团队通过系统研究VFB正极电解液中五价钒离子的溶剂化结构随温度的转化过程，阐明了正极电解液沉淀析出机理，并据此提出了高稳定性钒电解液设计策略。相关成果发表在《德国应用化学》上。
VFBs具有安全性高、效率高、寿命长等优势，在大规模电力系统储能领域具有广阔的应用前景。电解质溶液作为储能介质，其浓度和稳定性决定了电池系统的稳定性和能量密度。目前，正极电解液中五价钒 [V(V)] 在高温环境下易转化为五氧化二钒沉淀，影响了系统的可靠性，并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，研究团队结合从头算分子动力学模拟与原位液体飞行时间二次离子质谱表征技术，系统解析了V(V) 溶剂化结构从[VO2(H2O)3]+到 VO(OH)3的完整转化过程。
研究发现，水合V(V)离子（[VO2(H2O)3]+）在高温和高浓度下会经脱水、去质子和质子转移过程，最终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，是反应的速率决定步骤。相比之下，硫酸根配位的V(V) 离子可有效抑制水分子的极化及后续去质子化过程，从而在高温环境下表现出优异的稳定性。基于上述机理，团队开发出混合酸钒电解液，在50°C条件下实现单电池稳定运行3,000次以上。
本研究不仅揭示了V(V) 溶剂化结构的转化机理，同时为提高电解液的稳定性，以及进一步提升VFB系统的可靠性和能量密度具有重要的指导意义。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202508456
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