综述：锌碘液流电池的技术瓶颈与经济可行性分析

《ACS Applied Energy Materials》：Bottlenecks and Techno-Economic Feasibility of the Zinc–Iodine Flow Battery

本综述系统剖析了锌碘液流电池（ZIFB）作为下一代电网级储能技术的优势（高能量密度、低成本、环境友好性）与核心挑战（电解液利用率低、锌枝晶、碘沉淀、膜不稳定性），并重点探讨了通过电解液添加剂（有机/无机）、电极改性及替代Nafion膜等策略提升其技术经济可行性的发展路径。

　　

锌碘液流电池（Zinc-Iodine Flow Battery, ZIFB）因其高能量密度、低材料成本和环境友好特性，被广泛认为是实现电网级规模化储能最具潜力的技术路线之一。然而，该技术的实际应用仍面临多重技术瓶颈，需从材料、界面及系统层面协同突破。

技术优势与挑战并存

与传统液流电池相比，ZIFB在理论能量密度方面具有显著优势，但其商业化进程受到电解液利用率低、负极锌枝晶生长、正极碘物种沉淀以及隔膜化学稳定性不足等问题的严重制约。尤其值得注意的是，负极侧的锌沉积过程要求电池同时实现高面积容量、高体积容量和有效的电解液利用率，而现有研究大多仅侧重某一指标，缺乏系统性的协同优化。

锌枝晶与界面不稳定性

锌枝晶的形成是影响电池循环寿命和安全性的关键限制因素。枝晶不仅可能刺穿隔膜导致短路，还会造成活性物质不可逆损失。此外，充放电过程中水的迁移会进一步加剧电解液浓度分布不均，加速枝晶生长。针对这一问题，研究者们尝试通过引入有机/无机电解液添加剂（如聚乙烯亚胺、金属离子等）来调控锌沉积界面能垒，或通过对电极表面进行亲锌性修饰（如碳材料改性、三维结构设计）诱导锌的均匀成核与生长。

碘正极的复杂性及隔膜兼容性

正极侧涉及I^–/I₂/I₃^–等多碘化物的复杂转化反应，其中I₂的溶解度有限易引发沉淀，导致活性物质失活和反应动力学迟滞。更关键的是，溶解态的多碘离子易与常用聚合物隔膜（如Nafion）发生相互作用，造成膜结构溶胀或降解，并引发交叉污染，进而影响库仑效率。开发低成本、高选择性且耐碘腐蚀的替代隔膜（如多孔非氟聚合物膜）成为提升系统经济性的重要方向。

不对称电解液与长期循环性能

部分研究采用正负极电解液体积或组成不对称的设计以提升单侧容量，但该策略可能加剧电解液交叉引起的浓度极化与副反应，难以在长期循环中保持性能稳定。目前公开文献中同时报告高容量与长循环稳定性的数据较为缺乏，说明ZIFB的系统集成与工程放大仍面临严峻挑战。

总结与展望

尽管锌碘液流电池在静态体系中的研究已有较多积累，但针对流动体系的综述仍相对匮乏。未来研究需致力于：开发高效电解液配方与电极结构以协同抑制枝晶与沉淀；设计耐碘腐蚀、低成本的隔膜材料；建立标准化测试协议以准确评估长期循环性能与经济性指标。唯有通过多学科交叉创新，才能推动ZIFB从实验室走向规模化应用。