综述：高效钒氧化还原液流电池碳电极工程：电催化界面的多维度调控策略

本综述系统探讨了钒氧化还原液流电池（VRFB）碳电极工程的前沿策略，聚焦原子级缺陷调控、杂原子（N/B/P/S/卤素）掺杂电荷重分布及金属化合物/MXenes等催化微环境设计三大核心方向，为突破高电流密度下能量效率瓶颈提供了多尺度界面优化方案，对推动大规模储能技术发展具有重要指导意义。

　　

引言

全球能源转型浪潮下，钒氧化还原液流电池（VRFB）因其独特的容量解耦特性和超长循环寿命，成为大规模储能领域的关键技术。然而高电流密度下的效率衰减问题始终制约其商业化进程，这一瓶颈本质上源于电极-电解质界面的电化学动力学限制。碳基材料作为VRFB的核心反应平台，其界面特性直接决定电池性能表现。

本征处理策略

通过热处理、酸处理、等离子体处理等手段对碳材料进行本征改性，可显著提升表面含氧官能团密度。微波辅助处理能在避免强酸腐蚀的同时实现快速氧功能化，而电化学活化则可精准调控孔隙结构。这些方法共同优化了电极的润湿性和离子扩散通道，但需注意过度氧化可能导致导电性下降。

杂原子掺杂机制

氮（N）掺杂通过形成吡啶-N和石墨-N位点重构电子云分布，硼（B）掺杂则诱导相邻碳原子产生缺电子中心。磷（P）和硫（S）共掺杂产生协同效应，使电荷密度重排更显著。卤素功能化（如氟化）能大幅提升表面极性，这些策略将VO²⁺/VO₂⁺和V²⁺/V³⁺氧化还原反应的过电位降低达40%。

催化微环境设计

过渡金属化合物（如WO₃纳米线）与碳基体的复合界面可提供特异性吸附位点，MXenes材料独特的层间通道加速了质子传输。三维石墨烯气凝胶构筑的连续导电网络，配合原子分散的Fe-N₄活性位点，使电池在120 mA cm^-2电流密度下仍保持82%的能量效率。

结论与展望

未来VRFB电极设计需重点关注：1）开发可规模化的原位掺杂技术；2）建立结构-活性定量构效关系；3）优化极端工况下的材料稳定性。将机器学习与高通量计算相结合，有望加速新型电极材料的开发进程，最终实现储能密度超过50 Wh kg^-1的实用化目标。