钒液流电池（VRFBs）因较长的循环寿命、环境友好性及高运行稳定性，在储能应用领域受到广泛关注。碳毡（CF）因低成本与高孔隙率已成为VRFBs中最广泛使用的电极材料。然而，CF的疏水特性及较低比表面积限制了电极与电解质之间的有效接触，从而延缓电化学反应速率。此外，在VRFB的电极体系中，负极上活性离子的传质速率及相应电化学反应速率均低于正极。两侧电化学反应的失衡将显著影响电池的EE。因此，提升负极的反应活性是提高钒电池EE的关键。

针对上述问题，本研究将片状V₂CT_xMXene转化为具有高比表面积的三维空心球状结构，并将其负载于碳毡纤维表面，成功制备出用于钒液流电池的高性能复合电极。该三维空心结构不仅可有效抑制MXene的层状重排，还能显著增大电化学活性表面积；比表面积测试表明，负载空心球后碳毡电极的比表面积提升约两倍，反应活性位点数量明显增加。同时，丰富的表面–O/–OH官能团大幅提升了电极对电解液的润湿性，在宏观电极-电解液界面，空心结构与亲水官能团协同增强润湿性；在V₂CT_x微观表面，–OH/–O基团作为“亲和中心”捕获并限域溶剂化V³⁺离子，而金属性V晶格作为“活性中心”促进快速电子转移，二者协同降低电荷转移电阻，加速V³⁺还原为V²⁺。该电极在200 mA cm⁻²下的能量效率（EE）可达82.9%，较原始碳毡电极提升6.1%，且电解质利用率更高，在500次循环中保持高度稳定。

图. CF@V₂CTₓ-S电极上V³⁺/V²⁺氧化还原反应的多尺度催化机制示意图

2026年9月22日，相关研究成果以“3D hollow V₂CTx MXene spheres on carbon felt enabling high-performance negative electrodes for vanadium redox flow batteries”为题发表于《Journal of Energy Storage》期刊，论文第一作者为沈阳化工大学秦野副教授，通讯作者为沈阳理工大学张开悦副教授。