博文
2024-2026年中国液流电池领域重点研究团队成果评述
||
作者：赵丹博士（湖北君安储能科技有限公司创始人）
（本文仅代表个人学术观察与观点，不代表所在机构及任何第三方立场）
引言液流电池作为长时储能的核心技术路线，近年来在中国呈现出“百花齐放”的研究格局。从基础材料创新到系统集成优化，从传统全钒体系到新兴锌基、铁基、有机体系，国内多个顶尖课题组围绕关键科学问题与工程化瓶颈开展了系统性研究，形成了各具特色的技术路线与成果矩阵。本文基于公开研究成果，对2024-2026年间国内液流电池领域主要课题组的负责人、研究方向及代表性成果进行梳理与评述，以期为产业界与学术界提供全景式参考。
一、膜材料创新：突破“选择性-导电性”权衡的核心战场离子交换膜是液流电池的“心脏”，其性能直接决定了电池的能量效率、循环寿命与系统成本。近年来，国内多个课题组围绕膜材料的微结构调控与功能化设计取得了系列突破。
中国科学技术大学徐铜文院士团队长期深耕离子交换膜领域，2025年取得多项重点成果。团队开发的定制三嗪框架膜实现了质子传输的显著提升，氟化工程膜则打破了传导性与选择性之间的传统权衡。其发表在《Nature Sustainability》上的螺二芴支化聚（芳基哌啶）阴离子交换膜，在400 mA/cm²高电流密度下展现出超高离子传导性与优异稳定性，为液流电池高功率密度运行提供了关键材料支撑。
大连理工大学贺高红教授团队在2024-2025年间围绕液流电池膜材料开展了系统性研究。团队开发的自支撑COF纳米纤维膜、醌基功能化聚苯并咪唑膜、高稳定性磺化聚苯并咪唑膜及先进阴离子交换膜，显著提升了离子选择性、质子传导性及电池循环稳定性。其2025年成果涵盖自支撑COF膜、离子簇调控膜等创新设计，为钒液流电池及中性水系有机液流电池提供了重要材料基础。
湖南大学彭桑珊副教授团队近五年来围绕液流电池离子传导膜的关键科学问题，通过超分子相互作用介导的“伪纳米相分离”策略，有效解决了离子传导率与选择性之间的权衡难题。相关成果发表在《Energy Storage Materials》《Advanced Energy Materials》《Angewandte Chemie》等高水平期刊，为高性能液流电池隔膜的设计与应用提供了重要理论与技术支撑。
西南科技大学张亚萍教授团队在磺化聚酰亚胺膜领域取得系列突破。团队开发的交联磺化聚酰亚胺（PFSPI-DNBC）膜，通过引入具有适当空腔尺寸的冠醚交联剂，实现了高质子选择性与优异的阻钒性能，在全钒液流电池中稳定循环2280次无衰减。此外，团队通过合成新型支化三酸酐单体制备的支化磺化聚酰亚胺（BSPI）膜，在离子选择性、库仑效率、能量效率及循环寿命方面均优于传统膜和商用Nafion 212膜。
天津工业大学马小华研究员团队通过引入三蝶烯基交联剂，成功制备了具有高化学稳定性和优异H⁺/V⁴⁺选择性的交联磺化聚酰亚胺（TCSPI-X）膜，在140 mA/cm²下实现78%的能量效率，显著优于传统Nafion膜。团队还通过原位交联Troger碱基阴离子交换膜，在200 mA/cm²下展现出约80%的能量效率。
南京工业大学黄康教授团队在聚苯并咪唑膜领域取得重要进展。团队通过将4-磺酰杯[6]芳烃引入PBI中，构建了具有精准调控通道和氢键网络的高效离子选择性复合膜，在钒液流电池中实现高达80.56%的能量效率和超过1700小时的长期稳定性。此外，团队通过刚性框架约束膜策略，在多硫化物/多碘化物氧化还原液流电池中实现超过780小时的稳定运行。
东北大学杨景帅副教授团队在离子交换膜领域开展了多项创新研究。团队开发的扭曲咪唑连接芳香聚合物膜（6FBPA-MIC）、大体积三苯基膦功能化聚三联苯基哌啶膜（PTP-P⁺）、两性离子交换膜（PTP-BS）以及氨基化合物功能化聚氯乙烯膜（PVC-A6），在钒氧化还原液流电池中展现出优异的离子选择性、低钒离子渗透率和良好化学稳定性，性能优于商用Nafion膜。
二、电极与催化剂：从“单原子”到“异质结构”的多元探索电极材料的催化活性与传质性能是决定液流电池功率密度的关键因素。近年来，国内多个课题组在电极改性、催化剂设计方面取得了显著进展。
中国科学院大连化物所李先锋研究员团队在电极催化剂领域成果丰硕。团队开发的Ag/Sn双原子电催化剂通过协同调控电子结构，显著提升了钒离子的氧化还原反应活性，使电池在200 mA/cm²下实现81.2%的能量效率和925 mW/cm²的峰值功率密度。团队还通过调控不同杂原子配位的Bi单原子催化剂，发现氮配位因其强电负性诱导Bi的pz轨道杂化，显著提升钒离子脱水能力，使全钒液流电池能量效率提高7%、峰值功率密度增加218 mW/cm²。
华北理工大学何章兴教授团队在MXene和钙钛矿电极领域取得系列突破。团队通过氮原子掺杂调控Ti₃C₂Tₓ-MXene的局部电子结构，显著提升了其在钒氧化还原液流电池负极中的催化活性，在250 mA/cm²高电流密度下实现68%的能量效率。团队还通过在LaMnO₃钙钛矿A位分别掺杂Sr和Ce，调控Mn混合价态与氧空位，实现V³⁺/V²⁺和VO²⁺/VO₂⁺双向反应动力学的增强，在150 mA/cm²下能量效率较空白电池提升17%。
天津大学蒋浩然教授团队在电极界面工程领域取得重要突破。团队通过在石墨毡电极表面原位生长垂直排列的铋纳米片，显著提升了钒液流电池电极的电化学活性与传质性能，在300 mA/cm²下能量效率达82.4%、峰值功率密度为1340 mW/cm²，2000次循环效率衰减仅0.0016%。团队还开发了四重功能硫酸-盐酸混酸电解液，使钒液流电池工作电流密度超过1000 mA/cm²。
南方科技大学赵天寿院士团队在电极与流场设计方面成果突出。团队开发的氮掺杂垂直石墨烯电极（NVG@GF）在200 mA/cm²下实现87.1%高能量效率，在300 mA/cm²下稳定运行1500次循环。团队还提出了面内梯度流场设计和分流式对流增强流场，显著提升了液流电池的活性物质分布均匀性与系统效率。
上海交通大学宰建陶团队聚焦多硫化物/碘化物液流电池的电极催化问题。团队通过设计合成多种功能化纳米材料（如含铜空位的Cu₇S₄中空纳米笼、CoS₂/CoS异质结、CuFeS₂纳米晶体等），显著提升了多硫化物电催化活性与反应动力学，实现了液流电池高能量效率（77.2%–84.5%）和优异循环稳定性。
内蒙古工业大学李春丽团队在稀土掺杂MOF-5电极材料方面取得创新成果。团队通过水热合成法制备了七种稀土元素掺杂的MOF-5电极材料，发现Nd-MOF-5在电化学性能上表现最优，有效提升了钒氧化还原液流电池的电荷传输与储能效率。结合DFT分析揭示，Nd³⁺与Zn²⁺的协同作用及能级耦合优化了电子结构，增强了导电性与催化活性。
三、电解液与活性物质：从“钒”到“非钒”的多元化演进电解液是液流电池的“血液”，其成本、稳定性与能量密度直接影响系统的经济性与实用性。近年来，国内多个课题组在电解液配方优化、新型活性物质开发方面取得了显著进展。
武汉科技大学张一敏教授团队围绕钒液流电池电解液开展了15项系统性研究，聚焦电解液组分优化、杂质影响、制备工艺改进及添加剂调控，显著提升了电池的能量密度、温度适应性与循环稳定性。团队开发的基于H₂O₂和NaClO协同作用的短流程高效提钒方法，可从多杂质页岩浸出液中选择性氧化汽提钒，制备出杂质含量低于10 ppm的高纯度钒电解液，成本降低25.29%。
北京科技大学王丽君团队在钒电解液制备与优化方面取得多项突破。团队开发了一种绿色、低成本的高纯度VOCl₃制备方法，实现96%的钒转化率和99.99%的VOCl₃纯度，用于制备硫酸-氯化物体系的钒电解液，显著提升了VRFB的能量效率（达88.7%）与经济性。团队还开发了基于VOCl₃与V₂O₅的新型硫酸盐-氯化物电解液，实现了3.0 M高浓度V³⁺在−5℃至50℃宽温域内的优异稳定性。
南京大学金钟教授课题组在水系有机液流电池领域取得多项重要进展。团队设计的高稳定性仿生萘醌两性离子衍生物、开发的钒胶体液流电池，以及筛选的具有长侧链稳定性的吩嗪类有机分子，显著提升了液流电池的性能与循环寿命。团队还开发了基于半胱氨酸接枝天然芦荟大黄素的新型人工α-氨基酸分子（Cys-AE），在水系有机氧化还原液流电池中展现出优异的循环寿命与极低的容量衰减率。
西安交通大学宋江选教授团队在水系有机液流电池领域取得系列突破。团队首次揭示了紫精负极的两阶段碱化机制，并通过调控电解质浓度有效抑制碱化，实现了高稳定性双电子转移紫精基液流电池，能量密度达66.9 Wh/L。团队还设计合成了具有分支结构的双铵氮氧自由基衍生物（Y型TEMPO），在1.2 M高浓度下实现超1250次稳定循环，容量保持率高达99.992%/循环。
西安交通大学何刚教授团队在有机电解质分子设计方面成果丰硕。团队开发的高稳定性含硫紫精、低成本高性能萘二酰亚胺负极材料，以及实现萘二酰亚胺一步双电子转移的策略，显著提升了水系有机液流电池的能量效率与循环寿命。团队还开发了两种高水溶性和高稳定性的羟基修饰二茂铁衍生物，作为中性水系有机液流电池的正极电解液，在75次循环后容量保持率达99.76%。
华南理工大学梁振兴教授团队围绕水系有机液流电池开展了多项创新研究。团队通过设计双极性分子、位阻稳定策略、电解液热力学调控、聚集行为控制、微乳液增溶及溴管理新方法，显著提升了电池的容量、稳定性与空气耐受性。其开发的苯二酰亚胺衍生物（2APMDI）Cl₂，具备低氧化还原电位和高溶解度，与特定正极配对构建的中性水系有机液流电池实现了1.4V电压和创纪录的307 mW/cm²峰值功率密度。
中国科学院大连化物所李先锋团队在有机活性分子设计方面取得重大突破。团队开发的具有四电子转移能力的芘-4,5,9,10-四酮-1-磺酸（PTO-PTS）衍生物，作为水系有机液流电池的正极电解液，实现了高达59.6 Wh/L的能量密度和超稳定的循环性能（5200次循环后容量保持率近100%）。团队还通过N功能化诱导应变策略精确调节吩噻嗪类化合物氧化还原电位，建立了氧化还原电位与二面角的构效关系。
四、锌基液流电池：从“枝晶抑制”到“系统集成”的工程化突破锌基液流电池凭借其高能量密度和低成本优势，近年来成为产业化热点。国内多个课题组围绕锌枝晶抑制、溴穿梭控制等核心问题开展了深入研究。
中国科学院大连化物所袁治章研究员团队近五年聚焦锌基液流电池，在膜材料、电解质优化、电极设计等关键方向取得系列突破。团队开发的高性能复合膜、无枝晶锌沉积调控策略、新型氧化还原介质及高能量密度混合液流电池，显著提升了电池的循环寿命、能量效率与规模化潜力。
西安交通大学李印实教授团队在锌溴液流电池领域取得重要进展。团队开发的电压解耦锌-溴液流电池（Ud-Na-ZBFB），通过集成中性与碱性Zn氧化还原电对及pH调控策略，实现了2.18 V的高放电电压与1.78 V的低充电电压。团队还通过在石墨毡上原位生长花状NiCo₂S₄纳米片，显著提升了溴基液流电池的电催化活性与能量效率。
中国科学院大连化物所李先锋团队在锌基液流电池领域取得多项突破。团队开发的基于胆碱和N-甲基-N-乙基-吗啉盐（CCA-M）的防冻络合剂，可在−40°C下保持液态，大幅提升锌-溴液流电池在低温下的循环寿命。团队还通过在阳极电解液中引入EDTA有机配体，构建阳极与电解液间的人工物理化学桥，实现锌物种的定向三维扩散与均匀沉积，使碱性锌铁液流电池在80 mA/cm²下实现超500次稳定循环。
华东理工大学徐至教授团队在锌基液流电池膜材料方面取得创新成果。团队提出的疏锌界面工程策略，通过在复合膜表面引入羧甲基纤维素调控膜表面电荷，实现锌酸根离子的均匀分布和锌沉积的晶体面操控，使锌基液流电池在80 mA/cm²下稳定运行超过3000次循环，平均能量效率达80%。
天津大学康鹏课题组在锌基液流电池添加剂方面取得重要进展。团队通过在碱性锌铁液流电池电解液中引入聚季铵盐-6（PQ-6）作为添加剂，实现了锌的无枝晶均匀沉积，使电池在80 mA/cm²下稳定运行近400小时。团队还通过在MnSO₄电解液中引入5-氨基-2-萘磺酸（5ANS）添加剂，调控氢键网络并优化电极-电解质界面，显著提升了Zn-Mn液流电池中Mn²⁺/MnO₂反应的可逆性。
东北电力大学赵丹团队长期致力于锌溴液流电池的基础研究与工程化应用，围绕制约该技术产业化的核心瓶颈——锌枝晶生长、溴穿梭效应、系统效率与可靠性——开展了系统性攻关，在关键材料、共性技术和重大装备三个层面取得了系列重要成果。
在关键材料方面，团队针对锌溴液流电池负极锌沉积不均匀和正极溴反应动力学缓慢的问题，开发了多种改性碳毡电极。通过原位电沉积、化学镀、气相沉积等方法，在碳毡表面负载铅、铋、锡等金属纳米颗粒，构建了具有高析氢过电位和丰富锌成核位点的复合电极。实验表明，铅修饰碳毡电极可有效诱导锌的均匀沉积，抑制枝晶生长，使电池在50 mA/cm²电流密度下实现超过4000次稳定循环，累计放电容量达20 Ah/cm²，平均库仑效率超过97.4%。在溴络合剂方面，团队设计合成了基于多羟基季铵盐结构的络合剂，通过氢键网络增强亲水性，在捕获溴单质后仍能保持电解液均相水溶液状态，避免了传统络合剂导致的水/油两相分离问题。同时，团队开发的2-苯基苯并吡喃型阳离子类添加剂，具有双重调控功能，可同步抑制多溴化物穿梭效应和锌负极不可逆性，使锌溴液流电池在-20℃低温环境下仍能保持常温能量效率的95%以上。在隔膜改性方面，团队开发了纳米二氧化硅修饰多孔膜和抗穿刺复合隔膜，通过在隔膜表面构建多尺度海绵体三维网络结构，有效降低了孔径尺寸，提升了阻溴性能和抗穿刺能力。此外，团队还开发了在负极侧隔膜表面涂覆胶水涂层的技术，通过阻断离子传输通道抑制锌向隔膜内生长，显著提升了电池的循环寿命和面容量。
在共性技术方面，团队系统研究了锌溴液流电池中锌沉积的动力学行为与影响因素，建立了“电解液配方-电极结构-运行参数”协同调控的技术体系，使锌沉积的形貌从树枝状转变为平面状，有效抑制了枝晶生长。针对溴的强腐蚀性和穿梭效应，团队开发了“化学络合+物理限域+智能控制”三位一体的溴管理技术，使电池的库仑效率提升至95%以上。团队还开发了锌溴液流电池电解液性能恢复技术，通过在运行性能下降后向电解液中添加含有羟基、醛基、羧基等官能团的恢复剂，利用溴单质的强氧化性将恢复剂氧化，同时产生的质子穿透隔膜到达负极，将累积的锌单质溶解为锌离子，从而将电解液恢复至初始状态。该技术无需在每个循环中添加，仅在电池性能出现衰减时使用，即可迅速恢复电池的库仑效率、电压效率和能量效率。
在重大装备方面，团队开发了标准化、模块化的锌溴液流电池电堆，采用双路进出口和两级混流设计，显著降低了电解液流动阻力，提高了电解液在电极中的分配均匀性。电堆采用PVC聚氯乙烯电极框材料，易于加工且成本低廉。团队还设计了高面容量锌溴单液流电池结构，通过在电池正极与隔膜之间加装塑料纤维膜，阻挡充电过程中负极通过隔膜微孔生长到正极的锌枝晶，避免电池短路，使电池的面容量得到显著提升。在智能化方面，团队开发了针对锌溴液流电池的专用电池管理系统（BMS），建立了基于电解液开路电压（OCV）与荷电状态（SOC）动态修正的专用算法，集成了电解液温度、压力、流量等多维传感数据，实现了对电池运行状态的实时监测和智能调控。此外，团队还参与了锌溴液流电池电堆自动化生产装备的研发，实现了从材料组装、盖板冲压到成品检测的全流程自动化，通过自动化流水线将电堆制造成本降低了40%以上，同时提升了产品一致性和良品率，为锌溴液流电池的大规模产业化提供了装备保障。
五、铁基液流电池：低成本长时储能的“中国方案”铁基液流电池凭借其极低的原材料成本和本征安全性，被视为大规模长时储能的理想技术路线。国内多个课题组在这一领域取得了重要突破。
中国科学院上海硅酸盐研究所刘宇/迟晓伟团队通过分子裁剪设计出新型六配位铁螯合物Fe-HPDTS，构建了高稳定性、低渗透、长循环的全铁液流电池负极。该电池在200 mA/cm²下能量效率达71.79%，循环寿命突破15,000次，容量衰减率仅0.000741%/圈，实现长寿命与高效率的兼顾。
华中科技大学段将将教授团队在碱性全铁液流电池领域取得系列突破。团队开发的基于多负电荷配体NTHPS的铁络合物Fe(NTHPS)，具有超高溶解度（1.82 mol/L）和理论容量（47.23 Ah/L），在2000次循环中保持97.8%的容量。团队还通过设计富含磺酸盐的二磺酸配体TEA-2S螯合铁离子，在80 mA/cm²下实现83.5%的能量效率和99.93%的库仑效率，2000次循环容量衰减极低。
北京化工大学孙振宇教授团队通过引入具有大空间位阻的三异丙醇胺（TIPA）配体与铁形成稳定络合物，有效抑制了配体交叉污染，显著提升了全铁氧化还原液流电池的循环稳定性。该Fe-TIPA/Fe-CN体系在80 mA/cm²下可稳定循环超1831次，能量效率达80%以上，电解质成本大幅降低至32.37美元/千瓦时。
中国科学院金属研究所唐奡团队在全铁液流电池领域取得多项重要进展。团队通过协同设计高空间位阻与负电荷界面的Fe配合物阳极电解液，使碱性全铁液流电池在80 mA/cm²下实现6000次循环无容量衰减，库仑效率达99.4%、能量效率约80%。团队还提出通用添加剂设计策略，通过引入N,N-二甲基乙酰胺调节Fe²⁺溶剂化结构和水的氢键网络，使全铁液流电池在−20°C下实现高库仑效率（95%）和长循环寿命。
中国石油大学（北京）徐泉教授团队在铁铬液流电池领域开展了多维度研究。团队开发的三角梅形铟掺杂BiOCl纳米片碳布电极，在140 mA/cm²下实现84.7%的能量效率，800次循环稳定。团队还通过氮磷共掺杂碳布电极、多面体In₂O₃催化剂、甘氨酸电解液添加剂等策略，显著提升了铁铬液流电池的反应动力学与循环稳定性。
六、系统集成与流场优化：从“实验室”到“工程化”的关键桥梁液流电池的产业化不仅需要材料创新，更需要系统集成技术的突破。国内多个课题组在流场设计、热管理、智能运维等方面取得了重要进展。
桂林电子科技大学黄泽波副教授团队在钒液流电池流场优化与副反应控制方面开展了系统性研究。团队设计的仿生流场、阻块设计、螺旋流场等新型流道结构，以及针对析氢反应、容量衰减机理的研究，显著提升了电池性能与效率。团队还研究了氢气泡扰动对传质性能的影响，为电池结构设计与运行参数调控提供了理论支撑。
江苏大学徐谦教授团队在非水系液流电池领域取得系列突破。团队开发的梯度电极、分形流场、间歇超声操作等创新设计，显著提升了非水系液流电池的性能与能效。团队还构建了多物理场耦合模型与智能电池管理系统，提出了机器学习辅助的多尺度方法，系统研究了液流电池电极内的反应传输行为。
西安交通大学杨卫卫教授团队围绕全钒液流电池开展了高性能电极开发、先进流场设计与优化、多物理场建模及电池管理系统研究。团队开发的新型分级嵌套孔隙碳电极、智能流场生成算法、3D等效网络模型及温度控制策略，显著提升了钒液流电池的能量效率、稳定性与系统控制水平。
北京理工大学李明佳团队基于多场协同原理，设计并优化了带有导流叶片的钒氧化还原液流电池流道结构，显著提升了电解液传输均匀性与电池性能。导流蛇形流道在提高极限电流密度7.69%和电池容量17.25%~26.65%的同时，显著改善了浓度场、速度场与压力场的协同性。
七、前沿探索：新体系与新技术的“无人区”除了上述主流技术路线，国内多个课题组还在液流电池新体系、新技术方面进行了前瞻性探索。
中国科学技术大学稀土学院张绘研究员团队开发了基于Eu³⁺/Eu²⁺和Ce⁴⁺/Ce³⁺氧化还原对的绿色Eu-Ce酸性水系液流电池，具有1.96V超高电压和优异的循环稳定性，能量密度达43 Wh/L。江西理工大学谢志鹏教授团队也研发出以Eu²⁺/Eu³⁺为负极、Ce³⁺/Ce⁴⁺为正极的全稀土氧化还原液流电池，标准电压达1.90V。
厦门大学陈嘉嘉教授团队在多硫化物液流电池领域取得重要突破。团队首次报道了具有三维配位结构的钴桥多氧铌酸盐框架（Co-PONbs），在强碱性电解液中稳定性优异，显著提升了多硫化物在氧化还原液流电池中的转化动力学。团队还通过设计二维有序介孔氮掺杂碳包覆MoS₂异质结材料，实现了高功率密度（112 mW/cm²）与超高循环稳定性（30天3200次循环）。
天津大学赵力、邓帅教授课题组提出了一种将热再生电化学循环与液流电池相结合的新型高效集成系统，通过利用温度差实现热电转换与能量存储，在10°C~40°C范围内具有高达89.12%的能量效率和523.96 W/m²的功率密度，为低温热能回收与大规模储能提供了新思路。
结语纵观2024-2026年中国液流电池领域的研究格局，可以清晰地看到几个重要趋势：一是研究重心从“单点突破”向“系统集成”转变，材料创新与系统优化并重；二是技术路线从“全钒独大”向“多元并存”演进，锌基、铁基、有机体系各展所长；三是产业化进程加速，多个课题组的研究成果已从实验室走向中试和示范应用。
中国液流电池研究已形成以中国科学院大连化物所、中国科学技术大学、西安交通大学、南方科技大学等为核心的创新矩阵，在膜材料、电极催化剂、电解液、系统集成等关键环节形成了完整的研发链条。这一创新矩阵的协同效应，正在推动中国液流电池产业从“跟跑”向“并跑”乃至“领跑”转变。
然而，也应清醒地认识到，液流电池的产业化仍面临初始投资成本高、标准体系不完善、商业模式不成熟等挑战。未来，需要学术界与产业界更加紧密地合作，将实验室的创新成果加速转化为工程化的可靠产品，共同推动液流电池在长时储能领域发挥其不可替代的作用。
https://blog.sciencenet.cn/blog-3655709-1535551.html
上一篇：长时储能的“成本之困”与“破局之道”：全生命周期视角下的液流电池经济性分析
下一篇：液流电池技术路线融资上市分析与趋势预测
