6000次零衰减！中科院破解全铁液流电池瓶颈

电子发烧友网综合报道
近日，中国科学院金属研究所唐奡、李瑛研究员团队在该领域取得里程碑式突破，通过高空间位阻与负电荷界面协同设计，研发出超稳定铁配合物负极电解液，让碱性全铁液流电池实现6000次超长循环无容量衰减，相关成果刊发于能源领域顶刊《Advanced Energy Materials》，为长时储能商业化提供了全新技术路径。
 
当前液流电池赛道中，全钒体系已实现规模化应用，但钒资源稀缺、成本高企的问题难以根治，而铁元素在地壳中储量充足、价格亲民，全铁体系天然具备成本与资源可持续性优势。碱性体系更能规避酸性环境下的金属沉积与腐蚀问题，适配电网级长时储能场景。
 

碱性全铁液流电池电解液活性物质设计筛选策略

 
此前行业普遍面临的核心痛点在于，负极铁配合物易被氢氧根侵蚀导致分解失效，同时配体与活性物质跨膜渗透引发交叉污染，电池循环数百次便出现明显容量衰减，无法满足储能系统十年以上的服役要求。
 
中科院金属所团队从分子结构设计切入，以羟基、磺酸基有机配体为基础，完成11种精准调控结构的铁配合物合成与筛选，最终锁定[Fe(HPF)BHS]⁴⁻双配体螯合负极液，通过多齿强配位构建大空间位阻结构，并借助磺酸基与羟基形成负电荷界面，利用Donnan排斥效应构筑双重防护屏障，既阻断氢氧根对铁离子中心的攻击，又大幅降低配体跨膜速率，从根源解决电解液失效难题。
 

碱性全铁液流电池电池性能

 
性能测试数据印证了技术突破的硬核实力，在80mA・cm⁻²电流密度下，电池稳定运行超6000次循环且容量无衰减，平均库仑效率高达99.4%；150mA・cm⁻²高电流密度工况下，能量效率仍保持78.5%，峰值功率密度达到392.1mW・cm⁻²；即便在0.9M高浓度电解液条件下，电池可稳定循环2000次，能量效率维持71.5%。
 
多尺度表征结果显示，该双配体体系能重塑铁离子溶剂化结构，配体渗透速率较传统体系降低两个数量级，6000次循环后无沉淀生成、无副产物累积，电极界面与电解液结构保持完好，电化学可逆性未出现退化，彻底改写了碱性全铁液流电池稳定性不足的行业现状。
 
此次突破不仅是性能指标的提升，更建立了全新的铁基电解液设计准则，为液流电池技术迭代提供了理论支撑。相较于依赖稀有金属的储能路线，该技术以低成本铁基材料为核心，配合自主化配体设计与电解液制备工艺，可显著降低储能系统初始投资与全生命周期成本，特别适配风电光伏基地配套储能、电网削峰填谷、工业园区微电网等场景。
 
在双碳目标推进过程中，长时储能是解决新能源间歇性、波动性的关键支撑，这项技术突破让全铁液流电池从实验室走向产业化的步伐大幅加快，填补了低成本、长寿命、高安全储能技术的市场空白。