1月4日消息，西安交通大学（西安交大）研究团队成功突破了碱性锌基液流电池中锌离子输运与电化学反应“不匹配”所引发的循环寿命瓶颈问题，为研制高可靠性、超长服役周期的锌基液流电池储能系统提供了原创性技术路径。
碱性锌基液流电池因其本质安全、工作电压高及原材料成本低廉等突出特性，持续成为支撑新型电力系统长时储能需求的重点攻关方向。但其负极普遍存在锌离子迁移速率滞后于还原反应速率的动力学矛盾，由此诱发锌枝晶无序析出及不可控析氢等副反应，显著削弱电池的可逆性与工程耐久性，严重阻碍其实用化与产业化进程。
面向这一核心障碍，西安交通大学能源与动力工程学院何雅玲院士与李印实教授带领团队首创“有机分子差速锁”设计范式，提出以L-丝氨酸（Ser）为功能化电解液添加剂的协同调控新策略。该方案将Ser精准引入负极电解液体系，依托其在体相与电极/电解液界面的差异化作用，构建起锌离子传输通量与电化学还原速率动态适配的稳定化学微环境，最终推动电池实现长效、平稳的充放电循环。
结合第一性原理计算与多尺度实验表征，团队系统阐明了Ser在输运-反应耦合调控中的枢纽角色：在体相电解液中，Ser通过配位重构锌离子溶剂化鞘层，在加速离子迁移的同时施加适度空间位阻以抑制过快还原；在电极/电解液界面，Ser优先吸附于活性位点，引导锌离子通量空间分布趋于均一，并延缓局部锌沉积动力学，促进致密平整锌层形成；同时，Ser分子可在金属锌表面自组装形成稳定钝化层，有效遏制析氢副反应及锌负极腐蚀。
性能验证显示，引入Ser添加剂的电池在50 mA·cm⁻²电流密度（对应面容量30 mAh·cm⁻²）工况下，连续稳定运行逾230小时，未出现明显容量衰减或电压异常波动。本研究首次系统揭示了单一生物源小分子在锌离子体相输运调控与界面反应抑制中的多维协同机制，不仅为碱性锌基液流电池性能跃升提供了可扩展的技术范式，也为其他金属负极储能体系的界面理性设计提供了普适性理论参考。
该成果已于2025年12月在线发表于国际权威期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。何雅玲院士与李印实教授为论文共同通讯作者，能源与动力工程学院博士研究生种法政为论文第一作者。
附论文链接：
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