先进的大规模储能技术是解决可再生能源发电不连续、不稳定问题,推进可再生能源普及应用的关键核心技术。液流电池由于具有安全性高、储能规模大、效率高、寿命长等特点,在大规模储能领域具有广阔的应用前景。正极活性物质基于Br2/Br-氧化还原电对的液流电池具有成本低、能量密度高等优势,近年来受到研究者广泛关注。但溴基液流电池（例如锌/溴、氢/溴、钒/溴、醌/溴等）大都面临涉及溴氧化还原反应的共性问题:高活性的Br2易扩散至负极与活性物质发生化学反应,导致严重的自放电;Br2的易挥发性会造成不可逆的容量衰减;Br2的强腐蚀性对材料提出了更高要求。为此,向电解液中引入溴络合剂是一种非常有效的策略。然而,电池在运行过程中产生的热量会极大削弱络合剂与溴的络合能力。在溴基液流电池中广泛使用的溴络合剂（N-甲基-N-乙基溴化吡咯烷,MEP）与多溴化物所形成的络合产物在超过50°C时即发生解离,从而无力缓解溴向负极的扩散与溴的挥发。此外,MEP与多溴化物络合后的产物容易从电解液中析出聚集,形成密度高于主体水相电解液的油相,降低了电池的电压效率和库仑效率。因此,研发新型高效的功能化溴络合剂对溴基液流电池的发展意义重大。本论文围绕溴络合剂所涉及的关键科学问题开展以下研究工作:1、锌/溴液流电池是溴基液流电池的杰出代表,目前处于工程化系统应用示范阶段。本部分工作为了提升锌/溴液流电池的高温性能,在电解液中加入1-乙基-2-甲基溴化吡啶（BCA）作为耐高温溴络合剂。结果表明:该络合剂与多溴化物结合能力比MEP更强,即使在温度高达60℃时络合产物也不会发生解离;在40 mA cm-2电流密度,60℃条件下,锌/溴液流电池可实现高达84%的能量效率,并能够稳定运行超过400次没有明显效率衰减,其性能远优于传统的MEP络合剂。该添加剂的使用,有效提升了锌/溴液流电池的温度适应性和功率密度,避免了复杂的冷却控温系统,降低了锌/溴液流电池的维护成本。2、尽管BCA作为溴络合剂用于锌/溴液流电池时在高温区展现出较优异的性能,但其络合产物仍为油相,影响其在电极上分布的均匀性、物质传输及电化学活性。此外,沉积/溶解型的锌负极反应,不仅限制了锌/溴液流电池的面容量,还易造成锌枝晶的生成,影响电池寿命,阻碍了锌/溴液流电池的进一步商业化。为此,本部分工作开发出均相络合剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵（CHA）,可促使多溴化物在正极的均匀分布,提升其电化学活性。同时,采用资源丰富的钛作为负极活性物质,构建了一种新型溴基液流电池—钛/溴液流电池。其负极TiO2+/Ti3+电对反应过程中无固态产物生成,可实现电池容量与功率的独立设计有效避免了面容量受限与枝晶生长等问题。使用该添加剂的新型钛/溴液流电池,可稳定运行1000次（以40 mA cm-2电流密度恒流充放）,能量效率大于80%。此外,为验证CHA添加剂便于规模放大的特点,我们又将其应用到多节串联大型钛/溴液流电堆（300 W型）中,可稳定运行超过1000小时,在电流密度40 mA cm-2时,仍能实现能量效率超过80%,展现出良好的应用前景。3、鉴于上述开发的BCA与CHA两种新型溴络合剂在溴基电池中表现出的优异性能,促使我们进一步对其机理进行深入研究。通过密度泛函理论（DFT）计算和变温拉曼光谱阐释了高温下BCA性能更优异的原因:即BCA与多溴化物结合力更强,络合产物具有更强的高温稳定性;DFT计算对比了 CHA与不同链长及不同官能团络合剂络合的吉布斯自由能变及络合产物半径的大小,表明CHA性能更优异的原因是不仅其分子结构中含有亲水性的羟基,有助于络合产物均匀分布,而且其更大的分子半径有助于抑制多溴化物的扩散;拉曼光谱跟踪电池的充电过程,探明了络合产物的形成过程,为研发性能更加优异的溴基电池添加剂奠定坚实的基础。