近日，中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部科研团队在全钒液流电池电解液基础机理研究领域取得重大原创突破，首次从原子尺度完整阐明负极二价钒（V (II)）电解液低温沉淀失效全过程，破解长期制约钒电池在高寒地区规模化应用的核心难题，相关成果刊发于国际顶级化学期刊《Angewandte Chemie International Edition》。
全钒液流电池凭借高安全、长循环、功率容量解耦等突出优势，是新型电力系统长时储能的核心技术路线，国内风光大基地、北方共享储能电站装机规模持续攀升。但在东北、西北零下低温工况下，负极电解液内 V (II) 离子极易析出硫酸钒结晶沉淀，堵塞管路、电堆流道，造成电池容量断崖式衰减、系统停机，严重限制钒电池低温运行窗口。长久以来，低温沉淀的微观演化路径、分子驱动机制始终缺乏直接实验证据，低温电解液改良缺少精准理论支撑。
为厘清这一关键科学问题，研究团队整合单晶 X 射线衍射、原位变温拉曼光谱、第一性原理密度泛函理论计算多维度表征与模拟手段，逐层拆解低温失效完整链条，取得三大核心发现：
- 低温驱动硫酸氢根解离失衡：环境降温促使电解液中 HSO₄⁻解离平衡正向移动，体系硫酸根（SO₄²⁻）浓度显著抬升，成为沉淀生成的核心诱因；
- 硫酸根构筑氢键桥引发钒离子团聚：游离 SO₄²⁻在六水合二价钒 [V (H₂O)₆]²⁺单元间搭建氢键桥梁，诱导 V (II) 离子发生分子二聚，逐步形成有序聚集簇；
- 有序钒簇析出结晶致电池失效：钒簇持续聚集生长，最终生成 VSO₄・6H₂O 晶体沉淀，阻断离子传导通道，电解液丧失储能活性，系统彻底失效。
依托明确的失效机理，团队创新性提出双位点溶剂化调控策略，同步优化 V (II) 离子第一层配位水壳层与第二层溶剂环境：通过复合引入乙腈、盐酸添加剂，破坏硫酸根氢键桥结构，从源头抑制钒离子二聚与结晶析出。实验验证显示，改良后负极电解液可稳定耐受零下低温，钒沉淀现象完全消除，电池低温充放电效率、容量保持率大幅提升，无需配套高能耗加热温控系统，大幅降低储能电站建设与运维成本。
据科研负责人介绍，此次研究补齐全钒液流电池温度稳定性理论体系短板 —— 此前团队已攻克正极五价钒高温沉淀机理，如今完整打通 “高温正极、低温负极” 全温区电解液失效底层逻辑，形成覆盖宽温域的电解液设计理论框架。该成果不仅为低温专用高浓度钒电解液配方开发、电解液添加剂产业化筛选提供定量指导，也为高寒戈壁、北方风电光伏配套储能项目提供低成本、高可靠技术解决方案。
当前我国多地严寒地区百兆瓦级钒液流储能电站加速落地，极寒适配性是产业规模化刚需。本次基础研究突破打通 “机理认知 — 配方优化 — 工程应用” 闭环，有望大幅拓宽全钒液流电池工作温度区间，减少储能系统温控配套投入，提升长时储能在三北新能源基地、偏远矿区、高寒电网调峰场景的适配能力，助力新型电力系统低成本、高安全稳定构建。
下一步，团队将推进低温稳定电解液中试放大与电堆工况验证，联合储能企业开展产业化落地，同步开发适配高钒浓度体系的宽温电解液成套技术，持续推动全钒液流电池技术向更广地域、更低成本、更长寿命方向迭代升级。
