铁铬液流电池中碳基电极多尺度改性研究现状与展望

摘要

铁铬液流电池（Iron–chromium redox flow battery, ICRFB）凭借其高安全性、长循环寿命、强设计灵活性以及低维护成本等优势,成为大规模长时储能领域的研究热点.铁铬液流电池主要结构包括电解液、隔膜和电极，电极作为电池的核心组成部分和电化学反应的主要发生场所，其材料的结构与性能对整体电池效率具有决定性影响.相比于金属基和复合型电极，碳基电极具有成本低、大量的三维导电网络及优异的稳定性等特点，因而在ICRFB的电极应用中占据主导地位.然而，碳基电极的活性位点不足、比表面积有限和电解液浸润性不佳等问题限制了其电化学性能的发挥.本综述聚焦探讨碳基电极的多尺度表面改性策略：其一是在其表面引入含氧官能团（如羟基、羧基）调控表面化学环境；其二在电极表面负载催化剂，构建催化活性位点，提升电极的催化活性和活性物质的反应动力学.目前，关于改性机制（如官能团–活性位点构效关系、催化剂界面电荷转移路径）的系统分析仍鲜见报道.除此之外，本综述进一步从表面工程视角出发，深入解析不同改性策略的增效机制，并介绍相关的高通量计算构建改性策略与性能提升的定量关系模型.本文为突破碳电极“活性–稳定性–成本”权衡瓶颈提供理论依据，对推动下一代液流电池关键材料开发具有重要指导意义.

关键词

铁铬液流电池 / 碳基电极 / 官能团 / 催化剂 / 活性位点

基金资助

云南省双一流建设专项(CB23059C010A); 云南省自然科学基金青年基金(CB23078C166A)