大连化物所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员团队在溴基多电子转移液流电池新体系研究方面近日取得新进展，开发出一种新型溴基两电子转移反应体系，并将其应用于锌溴液流电池中，实现了长寿命锌溴液流电池的概念验证及系统放大。相关成果于 12 月 19 日以“Grid-scale Corrosion-free Zn / Br Flow Batteries Enabled by Multi-electron Transfer Reaction”为题，发表于《自然-能源》（Nature Energy）上。

溴基液流电池依赖于溴离子（Br⁻）与溴单质（Br₂）的氧化还原反应，具有资源丰富、电极电势高，以及溶解度高等优势。然而，在充电过程中产生的大量 Br₂会对电池材料造成严重腐蚀，显著降低电池的循环寿命，并对电池材料的耐腐蚀性提出了更高的要求，进一步推高了电池成本。传统溴络合剂虽然在一定程度上可以缓解这种腐蚀问题，但其形成的分相结构往往导致均匀性差，增加了系统复杂性。

为解决这一难题，团队开发出一种新型的溴双电子转移反应路径。团队通过在溴电解液中引入胺类化合物作为溴清除剂，将电化学反应中产生的溴单质（Br₂）转化为溴代胺类化合物，有效降低溶液中 Br₂的浓度（约 7 mM）。与传统的单电子转移方法（Br⁻到 Br₂）不同，该反应实现了从 Br⁻到 Br⁺的双电子转移，提高了电池的能量密度。同时超低的溴浓度降低了电解液腐蚀性，提高了电池寿命。

团队进一步将这一新反应应用于锌溴液流电池。实验表明，得益于电解液中极低的 Br₂浓度，采用传统非氟离子交换膜（SPEEK）组装单电池可实现长期稳定运行，降低了电池成本。在放大至 5 kW 级系统测试中，该电池在 40 mA cm⁻² 的条件下可以稳定运行超过 700 个循环，总寿命超过 1400 小时，能量效率超过 78%。由于 Br₂浓度极低，循环前后电池的关键材料如集流体、电极和膜材料均未出现腐蚀现象。

该工作为长寿命溴基液流电池的设计提供了新思路，为锌溴液流电池的进一步应用推广奠定了基础。