Aqueous organic redox-targeting flow battery based on Nernstian-potential-driven anodic redoxtargeting reactions

Journal of Materials Chemistry A (IF 14.5), 2022, 10, 6740-6747. DOI: 10.1039/d1ta10763a

Hongchao Zhang, Qinghong Huang, Xue Xia, Yanjun Shi, Yong-Miao Shen, Juan Xu,* Zhidong Chen and Jianyu Cao*

水系有機(jī)液流電池(AOFB)可使用具有高理論比容量、資源豐富、易規(guī)模化制取和環(huán)境友好的氧化還原活性有機(jī)分子/聚合物作為儲能電解質(zhì)材料，因而在大規(guī)模儲能方面應(yīng)用前景廣闊。然而，有機(jī)材料在水溶液體系中的較低溶解度和高粘度特性極大地限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。我院曹劍瑜-許娟團(tuán)隊最近設(shè)計開發(fā)了一種具有高比容量和快速的氧化還原反應(yīng)動力學(xué)速率的有機(jī)固態(tài)儲能材料——三苯并[a,c,i]吩嗪-10,15-二酮(TBPDO), 通過利用TBPDO與兩種水溶性氧化還原穿梭分子(蒽黃酸和指甲花醌)之間能斯特電位驅(qū)動的單分子氧化還原靶向(SMRT)反應(yīng)，有效規(guī)避了有機(jī)活性電解質(zhì)材料的溶解度限制，從而顯著提高AOFB的能量密度。組建的以TBPDO為陽極容量助推器的氧化還原靶向液流電池(RTFB)表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的容積比容量(能量密度)和高的材料利用率(80.2%)。在長期充放電循環(huán)期間，每個循環(huán)的容量保持率達(dá)到99.82%，平均能量效率80.7%。

此項(xiàng)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省綠色催化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)基金和企業(yè)橫向合作項(xiàng)目的資助。曹劍瑜-許娟課題組長期致力于有機(jī)電活性材料和相關(guān)液流電池技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。近年來，課題組在有機(jī)液流電池、有機(jī)混合液流電池和有機(jī)水系電池等領(lǐng)域取得了一系列成果，先后在J. Mater. Chem. A (2017、2020、2021、2022)、Chem. Commun. (2020)、J. Power Sources(2018、2019、2020)、Carbon (2020)、ACS Appl. Energy Mater. (2021、2022)和Org. Lett. (2022)等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表相關(guān)研究論文。