综述：解锁钒氧化还原液流电池潜力：生物质木质素基碳纤维的最新进展与未来展望

这篇综述系统探讨了生物质衍生碳纤维（BCFs）和木质素衍生碳（LDC）在氧化还原液流电池（RFBs）中的创新应用，重点分析了其低成本、环境友好性及可调控的电化学性能（如高比电容、稳定循环性）。通过物理/化学活化及杂原子掺杂（如N、P）优化孔隙结构和表面功能化，显著提升了钒电池（VRFBs）的电子传导与离子扩散效率，为可持续能源存储提供了绿色解决方案。

　　

Abstract

电极材料是决定氧化还原液流电池（RFBs）性能的核心，而传统石墨和碳毡存在成本高、环境负担重的问题。生物质衍生碳纤维（BCFs）和木质素衍生碳（LDC）因其低成本、环境友好性及优异的电化学特性成为研究热点。BCFs通过热解、碳化和活化工艺获得高比表面积、导电性和机械耐久性，而木质素作为植物细胞壁的主要成分，其高碳含量和本征氧化还原活性使其成为理想的碳前体。

Introduction

全球能源转型推动了对可再生能源存储的需求，RFBs因其可扩展性和长循环寿命成为大规模储能优选。电极材料的开发需兼顾导电性、化学稳定性和成本效益，BCFs和LDCs通过利用农业废弃物和工业副产品（如造纸业木质素），实现了从线性化石经济向循环经济的转变。

Working principle and components of RFBs

RFBs通过外部储液罐中的电解液循环实现能量转换，其核心电堆由电极、膜和电解液组成。与传统电池不同，RFBs的能量存储与功率输出可独立调节，这一特性使其适用于电网级储能。

Energy conversion and storage in RFBs

电解液中的钒离子（V²⁺/V³⁺和VO₂⁺/VO²⁺）在电极表面发生可逆氧化还原反应，其动力学受电极孔隙结构和表面化学（如羧基、羟基）显著影响。

Biomass sources and synthesis methods

木质纤维素生物质（LCB）经热解和化学活化（如KOH、H₃PO₄）可转化为分级多孔碳纤维。竹子和椰壳衍生的BCFs展现优异的离子扩散速率，而木质素通过调控碳化温度（700–1200°C）可生成石墨化程度可调的导电材料。

Challenges and future perspectives

当前瓶颈包括木质素分子量不均一性和规模化生产成本。未来方向聚焦于杂原子共掺杂（如Fe、Co）提升催化活性，以及开发一体化电极-膜组件以降低系统内阻。

Conclusion

BCFs和LDCs为RFBs提供了兼顾性能与可持续性的电极解决方案，其工业化应用将加速可再生能源存储的绿色转型。