用于液流电池的新型有机氧化还原活性分子表现出稳定的循环性能

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有机氧化还原活性分子 (ORAM) 种类繁多，为经济高效和可持续的能源存储提供了巨大的潜力，尤其是在水性有机液流电池 (AOFB) 中。然而，确保 ORAM 在充电和放电过程中的稳定性至关重要，因为副反应会使它们失活并消除其氧化还原活性。空气稳定性仍然是许多 ORAM 面临的挑战，使其实际使用变得复杂。
最近，中国科学院大连化学物理研究所李先锋教授和张长昆教授领导的研究小组开发出具有活性羟基和二甲胺骨架的新型萘衍生物，它们在空气中稳定，可作为AOFB的有效阴极电解液。这项研究发表在《自然可持续性》杂志上，表明这些新型ORAM即使在空气-大气条件下也能实现长期稳定循环。
ORAM 面临不稳定和高成本的挑战，特别是在没有惰性气体保护的情况下使用时。这可能导致不可逆的容量损失和电池寿命缩短。
在本研究中，研究人员采用一种可扩展的方法，结合化学和原位电化学方法，合成了活性萘衍生物。这种方法简化了纯化过程，并显著降低了分子合成的成本。
此外，研究人员还展示了萘衍生物在电化学过程中的特定结构变化。制备的萘衍生物具有多取代骨架和亲水性烷基胺支架，这不仅可以防止潜在的副反应，还可以提高其在水性电解质中的溶解度。
中试规模的萘基流动堆。
1.5 mol/L萘基AOFB表现出稳定的循环性能，可循环850次（约40天），容量为50 Ah L -1。值得注意的是，即使在阴极电解液中持续通入空气，萘基AOFB仍可平稳运行约600次（约22天），容量和效率没有衰减。这表明萘基阴极电解液具有优异的空气稳定性。
此外，研究人员将萘衍生物的制备规模扩大到公斤级（每罐 5 公斤）。含有这些萘衍生物的中试电池组实现了约 330 Ah 的平均系统容量。它们在 270 次循环（约 27 天）中表现出卓越的循环稳定性，每次循环的容量保持率为 99.95%。
李教授表示：“这项研究有望在空气稳定分子[技术]设计方面开辟一个新领域，实现可持续和空气稳定的电化学储能。”
更多信息： 用于可持续水流电池的空气稳定萘衍生物电解质，《自然可持续性》（2024 年）。DOI ：10.1038/s41893-024-01415-6。www.nature.com/articles/s41893-024-01415-6
期刊信息： 《自然可持续性》