中國科學家用胺類化合物清除溴腐蝕，造出長壽命高能液流電池

剛剛，中國科學院大連化學物理研究所的團隊在《自然-能源》期刊上發表了一項研究，他們開發了一種新型溴基液流電池體系，通過引入胺類化合物作為“溴清除劑”，將充電時產生的腐蝕性溴單質轉化為無害化合物，從而大幅降低了電池材料的腐蝕風險。同時，這一反應實現了從溴離子到溴正離子的雙電子轉移，能量密度得到提升。實驗顯示，基于該體系的鋅溴液流電池在放大測試中可穩定運行超700個循環，能量效率超過78%，且關鍵材料無腐蝕。這項成果為長壽命、低成本的液流電池設計打開了新思路。

你可能對液流電池有些印象，它就像個大型的“化學能量桶”，通過液體電解液在外部儲罐和電池堆之間循環來儲存和釋放電能，特別適合電網級儲能。溴基液流電池一直是其中的熱門選手，因為溴元素資源豐富、電極電勢高，但有個頑疾：充電時會產生溴單質（Br?），這東西腐蝕性極強，好比電池內部有個“銹蝕工廠”，時間一長，電極、膜材料都被啃得千瘡百孔，壽命大打折扣。傳統辦法是用溴絡合劑去“捆住”溴單質，但效果有限，還會形成分相結構，讓電解液不均勻，系統變得復雜又昂貴。

大連化物所的團隊這次換了個思路。他們不再和溴單質硬碰硬，而是請來了胺類化合物當“清道夫”。在充電過程中，溴離子被氧化成溴單質，但胺類化合物立刻與之反應，生成溴代胺類化合物。這樣一來，溶液中游離的溴單質濃度被壓到極低水平——大約只有7毫摩爾（mM）。做個對比，傳統體系中溴單質濃度可能高出數十倍，腐蝕自然輕得多。這就像在熱鬧的集市上安排了疏導員，避免人群擁擠踩踏，整個系統運行更順暢。

圖釋：科研人員開發出高能量密度、長壽命、多電子轉移溴基液流電池新體系

更妙的是，這個反應不只是“清除”，還實現了電子轉移的升級。傳統溴基反應是單電子轉移（從Br?到Br?），每個溴離子只貢獻一個電子；而新體系是雙電子轉移（從Br?到Br?，通過溴代胺中間體實現），相當于每個溴離子“出力”翻倍。通俗點說，好比原來一輛卡車只能運一箱貨，現在能運兩箱，能量密度自然提上去了。這對液流電池來說是個重要突破，因為能量密度直接關系到儲能系統的體積和成本，以往溴基體系在這點上常被詬病。

數據方面。團隊把新反應應用到鋅溴液流電池中，用上便宜的非氟離子交換膜（傳統得用耐腐蝕的氟膜，價格昂貴），組裝成單電池測試。結果挺驚艷：由于溴單質濃度極低，電池材料如集流體、電極和膜都安然無恙，沒出現腐蝕。放大到5kW級系統，在40毫安每平方厘米的電流密度下，電池穩定跑了超700個循環，能量效率保持在78%以上。700個循環啥概念？如果每天充放電一次，能用將近兩年，而且效率沒咋衰減——這在大規模儲能場景里很有競爭力。

你可能會問，這除了發論文，有啥實際用場？液流電池天生適合干“粗活”：電網調峰、可再生能源配套儲能，比如風能和太陽能發電波動大，需要大容量電池來平滑輸出。新體系降低了腐蝕，意味著更長的使用壽命和更低的維護成本，有望推動儲能電站普及。軍事上也有想象空間：野外移動電源、高功率設備供電，需要耐用且能量高的電池，這種長壽命設計可能派上用場。

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