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07
2026
-
07
AM: 几何拓扑重塑膜结构，破解液流电池多硫化物穿透难题
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背景
随着可再生能源的快速发展，大规模、长时储能技术成为支撑电网稳定运行的关键。水系液流电池因其安全性高、设计灵活等优势备受关注，其中多硫化物体系凭借低成本和高容量被视为具潜力的下一代方案。然而，其实际应用长期受限于“跨界污染”问题——多硫阴离子在膜中的穿透会引发副反应和容量快速衰减。离子交换膜作为液流电池的核心部件，既需要传导阳离子，又要阻隔多硫化物。但在实际运行中，膜材料往往因吸水膨胀形成非选择性水通道，导致选择性下降。这种由“导电性–选择性”耦合引发的矛盾，成为限制液流电池性能提升的关键瓶颈。
创新
近日，南京师范大学叶华林研究员团队联合苏州大学李彦光教授团队提出“几何拓扑”作为调控膜结构与传输行为的核心参数，突破了传统依赖化学组成或电荷调控的设计思路。通过粗粒化分子动力学模拟，系统揭示了不同维度结构单元（0D、1D、2D）在水化过程中的组织规律：各向同性的0D结构能够均匀分散，构建连续但受限的水化网络；而各向异性的1D和2D结构则易发生聚集，诱导相分离并形成非选择性通道。基于这一机制，研究构建了以0D纳米结构为核心的膜体系，使其在保持高阳离子传导的同时，有效压缩水化通道尺寸，显著抑制多硫化物穿透。该结构不仅优化了离子传输路径，还通过“几何限域”实现了对水分子状态的调控，从源头上减少非选择性传输。
意义
得益于这一几何拓扑驱动的设计策略，所构建膜材料在多硫化物液流电池中实现了超过700小时的稳定运行，库仑效率高达99.5%，显著优于传统商业膜材料。这不仅验证了该策略在抑制跨界污染方面的有效性，也为高性能液流电池提供了关键材料支撑。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Mz702B1vJD7sm1rzJ_5kCA
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