锌溴液流电池(ZBFBs)具有能量密度高、成本低的优势，在分布式储能领域具有广阔的应用前景。但其功率密度和寿命受限于溴电对反应活性低、电池自放电严重、锌枝晶等问题。通过电极改性和功能化是优化锌溴液流电池性能的有效途径之一。向正极引入催化剂可以有效提升其催化活性，对负极进行表面修饰与结构设计可提供更多的锌沉积位点及均匀的电场分布，从而抑制枝晶的形成。在电解液中引入溴络合剂，通过与游离溴反应形成致密的油状多溴化物络合相缓解溴的扩散，但降低了电解液的导电性与均匀性、增加了电池极化。
在此，大连化学物理研究所李先锋、鲁文静等人设计了一种具有多功能中空腔体结构的核壳碳纳米球（HCSC），其具有丰富的多级孔结构，提高了复合电极的比表面积与溴吸附能力，从而提高了电极的催化活性。含溴物质被限域在HCSC的空腔中，同时基于吸附效应，电池的自放电问题得以缓解。
同时，HCSC的独特结构诱导锌的均匀沉积，进一步降低电池极化。采用HCSC修饰的碳毡（HCSC-CF）作为正极组装的ZBFBs，在80 mA cm-2静置24 h后容量保持率提升至53.54%（原始碳毡(PCF)为39.15%）。HCSC-CF作为正负极组装的ZBFBs的性能进一步提升，平均电压效率（VE）达到71.29%、平均能量效率（EE）达到70.63%，并在160 mA cm-2高电流密度下实现了340圈（172 h）稳定循环，表现出优异的稳定性与可靠性。
图1. HCSC-CF的固溴能力和机理
总之，该工作基于溴吸附效应进行结构设计，制备出具有空腔结构的尺寸均一的核壳同质碳纳米球HCSC。HCSC具有丰富的多级孔结构、高比表面积、优异的溴吸附能力和电解液浸润性，显著提高了电极的催化活性。溴可以吸附在碳内核或碳外壳上，同时被限制在空腔结构中，因此，溴扩散得到有效的抑制。同时，独特的核壳结构可以诱导锌均匀沉积，避免枝晶的产生，进一步降低了电池极化、延长了电池寿命。
基于HCSC的高活性、高固溴能力、优异的锌枝晶抑制能力，其所修饰碳毡电极作为正极组装的锌溴液流电池在80mA cm−2的电流密度下，自放电测试后的容量保持率提高至53.54%（原始碳毡：39.15%）。作为正负极组装的锌溴液流电池可以在160 mA cm−2的高电流密度下稳定循环340次（172小时），显示出优异的稳定性。因此，该工作为探索用于锌溴液流电池的新型多功能电极材料提供了新思路，有助于进一步开发具有高功率密度和长使用寿命的锌溴液流电池。
图2. 锌溴液流电池(ZBFBs)的电池性能
Multifunctional Hollow Core–Shell Carbon Nanosphere With High Catalytic Activity and Zinc Deposition Regulation Ability for Zinc‐Bromine Flow Battery, Advanced Functional Materials 2025 DOI: 10.1002/adfm.202502455
李先锋 博士生导师，现任中国科学院大连化学物理研究所副所长、储能技术研究部部长。国家杰出青年科学基金获得者，国家万人计划“科技创新领军人才”，享受国务院政府特殊津贴。长期从事电化学储能技术特别是液流电池储能技术的基础研究和产业化开发工作。在Energy Environ. Sci., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Adv. Mater., Chem. Soc. Rev., Sci. Bull. 等杂志发表SCI论文300余篇，引用18000余次，H因子74。担任Chinese Chemical Letters、Advanced Membranes、Renewables副主编，Science Bulletin执行编委, J. Energy Chem., Sustainable Energy & Fuels (RSC), 储能科学与技术等杂志编委。