辽宁石油化工大学新能源与新材料学院张登华老师团队在高性能钒液流电池关键膜材料研究方面取得进展。研究团队设计了富含羧基的二维锆基金属有机框架纳米片，并将其引入全氟磺酸膜，在促进质子传导的同时有效抑制钒离子渗透。相关研究成果以“2D Zr Metal-organic framework nanosheets facilitating selective interfacial proton transport channels in perfluorosulfonic membranes for high performance vanadium flow batteries”为题发表在国际期刊《Journal of Membrane Science》上。辽宁石油化工大学为第一署名单位，Wei Xiao为论文第一作者，Ning Li、Jie Liu和张登华老师为通讯作者。
钒液流电池具有安全性高、循环寿命长以及功率与容量可独立设计等优势，是大规模储能领域的重要技术路线。作为电池的关键部件，离子交换膜既要快速传导质子，又要有效阻隔钒离子。然而，传统全氟磺酸膜中的水合离子通道难以实现精准筛分，质子电导率与钒离子阻隔能力之间长期存在相互制约。因此，如何兼顾快速质子传输和低钒离子渗透，是高性能钒液流电池膜材料研究面临的重要挑战。
图1 富羧基二维Zr-MOF纳米片调控选择性离子传输的设计策略与作用机制
针对上述问题，研究团队首先制备二维Zr-BTB纳米片，再通过对苯二甲酸配体的合成后交换，获得表面富含羧基的Zr-BTB-BDC纳米片，并以溶液浇铸法将其引入全氟磺酸基体。二维纳米片的大横向尺寸可迫使水合钒离子沿更曲折的路径扩散，形成层状阻隔；其表面丰富的羧基则可与膜内磺酸基团及水分子构建连续氢键网络，为质子跃迁提供界面通道。该设计将几何阻隔与界面化学调控相结合，实现了对质子和钒离子传输行为的协同调节。
实验结果表明，在纳米片添加量为1.5 wt%时，复合膜的质子电导率达到42.3 mS cm−1，钒离子渗透率降至2.23×10−7 cm2 min−1，离子选择性达到18.97×104 S min cm−3。组装成钒液流电池后，该膜在200 mA cm−2电流密度下实现82.5%的能量效率，开路电压保持时间达到4213.5 min，在80%荷电状态下峰值功率密度达到763.23 mW cm−2，并可连续稳定运行800个循环。
该研究通过二维框架形貌工程和表面羧基调控，在全氟磺酸膜内构建了选择性界面质子传输通道，为缓解质子传导与钒离子阻隔之间的矛盾提供了新的材料设计思路。相关成果对开发高性能钒液流电池膜材料、提升电池能量效率与循环稳定性，以及推进大规模储能技术发展具有重要参考价值。
图2 复合膜的钒液流电池单电池性能与循环稳定性
研究成果详见《Journal of Membrane Science》期刊：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2026.126086。（撰稿人：张登华 校对人：赵桂艳 审稿人：胡跃鑫）
