针对全钒液流电池（VRFB）在规模化应用中面临的钒离子渗透严重、核心离子交换膜成本高昂等关键技术瓶颈，团队基于界面工程与功能材料设计理念，创新性采用三氟甲磺酸（CF₃SO₃H）蚀刻Ti₃AlC₂制备表面富含磺酸基团的CF₃SO₃-M纳米片，避免传统氢氟酸蚀刻的毒性与环境风险；通过与全氟磺酸树脂（PFSA）基质构建稳定异质界面结构，开发出基于MXene的PFSA/CF₃SO₃-M异质结构离子交换膜，系统揭示了纳米片官能团设计与异质界面调控对离子传导及离子选择性的强化机制，形成“材料设计-界面构筑-性能优化”的全链条技术体系。
工程应用方面，该膜在2 MW×6 h的VRFB系统中开展验证，结果显示其质子电导率达188.9 mΩ·cm²的低面积电阻，钒离子渗透率显著降低，离子选择性达11.7 S·min·cm⁻³（为对比膜的2.7倍）；在150 mA/cm²电流密度下电池能量效率达85.5%，循环800次后仍保持84.2%的高效率运行。更关键的是，该膜使VRFB系统总成本降低25.01%，膜成本占比从41.81%降至22.41%，直接突破制约全钒液流电池大规模商业化的成本壁垒。
该成果实现了离子交换膜材料设计与界面工程的协同创新，不仅为全钒液流电池提供了高性能、低成本的国产化关键材料，也为新能源储能领域破解“高离子选择性-低制造成本”的矛盾难题提供了可复制的技术路径，有力支撑了全钒液流电池的产业化推广。
