双相无膜（Biphasic Membrane-Free, BMF）电池因其无需离子交换膜、结构简单、成本低廉，在储能领域展现出巨大潜力。然而，其倍率性能长期受限，充放电电流密度远低于传统液流电池，严重阻碍了其实际应用。核心瓶颈在于：电池反应过程中，支持电解质盐离子在液-液（L/L）界面上的迁移行为尚未被充分理解，成为制约整体反应速率的关键。
针对这一挑战，团队博士生李新宇系统研究了BMF电池各反应步骤的动力学行为，揭示了L/L界面离子迁移是决定倍率性能的速率控制步骤。基于此，研究团队开发了一种薄膜电极方法，能够原位模拟并评估界面离子迁移行为，首次将离子迁移势与电池倍率性能建立直接关联。
通过设计不同电荷密度与极性的阴离子（如PF₆⁻、TFSI⁻、ClO₄⁻等），研究团队实现了对界面去溶剂化-再溶剂化过程的调控。其中，PF₆⁻离子因其最低的去溶剂化能垒，表现出最优的界面迁移能力。采用KPF₆作为支持电解质盐，电池在4 C倍率下实现了11 mA cm⁻²的稳定充放电电流，远超目前已报道的BMF电池性能。此外，方波伏安法（SWV）进一步用于评估离子迁移速率，指导盐类筛选与工作倍率区间匹配。
研究亮点
（1）首次识别L/L界面离子迁移为BMF电池的速率决定步骤，并通过薄膜电极方法实现高效表征。
（2）建立离子迁移势与倍率性能的直接关联，为支持电解质盐的快速筛选提供热力学判据。
（3）PF₆⁻离子展现出最低的去溶剂化能垒，显著提升界面离子迁移速率与电池倍率性能。
（4）性能突破：实现11 mA cm⁻²（4 C）放电电流，容量利用率最高达97%，创下BMF电池领域新高。
文献信息
论文题目：Electrolyte Design for High-Rate Performance Biphasic Membrane-Free Batteries
期刊：Advanced Functional Materials
DOI：10.1002/adfm.202532024
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202532024
