8月5日，韩国科学技术院（KAIST）宣布，该校生命化学工程系金熙卓（Hee-Tak Kim）教授研究团队成功开发出一种全钒液流电池（VRFB）电解液生产新工艺，可将核心V3.5+电解液的生产时间较传统工艺缩短67%，同时消除有害杂质残留。该研究成果已发表于国际能源领域顶级期刊《Advanced Energy Materials》，并被选为封面论文。
（左起）金熙卓教授；石庆华（第一作者）；姜敏成（第二作者） 图源：KAIST
传统工艺成本高昂 成商业化主要障碍
全钒液流电池采用水系电解液，具有不可燃、安全性高、储能容量可灵活扩展等优势，被业界视为AI数据中心和可再生能源储能领域的理想选择。然而，其核心V3.5+电解液——即三价与四价钒离子按1:1混合的初始工作状态——的生产长期面临成本高、周期长的困境。
传统工艺采用两步法：首先以草酸为还原剂，通过化学还原将五价钒离子（V5+）还原至四价（V4+）；随后通过电化学还原（电解）将四价钒进一步调整至平均价态+3.5的目标状态。其中，第二道电化学还原工序依赖昂贵的VRFB电堆并消耗大量电能，显著推高了运营复杂度和资本支出。
全球首次揭示反应瓶颈 精准定位+4.1价态关键节点
研究团队在系统分析化学还原全流程后发现，当钒的平均氧化数降至约+4.1时，反应速率会急剧下降——这一此前未被业界认知的动力学瓶颈，是导致整个生产过程低效的根本原因。
“这一瓶颈如同高速公路上的突然拥堵，车辆在特定节点被迫减速，”研究团队在解释该现象时如此比喻。
化学-催化复合还原：精准攻克瓶颈
基于上述发现，研究团队重新设计了生产工艺：在反应早期沿用传统的草酸化学还原，一旦钒的平均氧化数降至约+4.1的瓶颈节点，立即切换至铂碳（Pt/C）催化还原工艺，绕过反应最慢的阶段。
这一策略相当于“在拥堵路段为车辆开辟了一条高效绕行通道”——仅对耗时最长的关键环节进行工艺替换，而非推翻整套生产流程。
生产时间缩减67% 杂质同步消除
实验数据显示，新工艺使V3.5+电解液的生产时间较传统工艺缩短67%。与此同时，传统工艺中残留的草酸在新工艺中被同步清除。
V3.5+电解液生产工艺的对比示意图 图源：KAIST
催化剂寿命优异 具备工业级应用潜力
在加速寿命测试中，同一Pt/C催化剂在重复使用超过2,500次后，反应速率常数未出现明显衰减。研究团队还从热力学和动力学角度系统阐明了催化剂在钒高氧化态下的碳载体腐蚀和Ostwald熟化等退化机制，明确了催化剂可稳定运行的工作窗口。
金熙卓教授表示：“这项研究将反应工程原理与热力学预测相结合，识别出化学还原中的速率决定步骤，并重新设计了电解液生产工艺，从而攻克了大容量电池商业化道路上的这一关键瓶颈。”
研究图像（AI生成） 图源：KAIST
技术兼容现有产线 商业化前景可期
由于Pt/C催化剂已是成熟的商业化产品，该技术可直接集成至现有钒电解液生产线，无需新建生产设施。目前，研究团队已完成相关技术的韩国专利注册，并已提交海外专利申请。该成果是与乐天化学联合研究及技术转移的一部分。
随着AI数据中心对不间断供电的需求激增，以及可再生能源大规模并网对长时储能的迫切要求，全钒液流电池的市场空间正在快速扩大。电解液成本占钒电池系统总成本的40%至80%，是决定系统经济性的关键变量。此项工艺突破有望显著降低电解液生产成本和供应周期，为推动全钒液流电池在AI数据中心备用电源、可再生能源配套储能等大规模场景中的商业化应用提供关键技术支撑。
论文链接： https://doi.org/10.1002/aenm.71029
