氧化还原流电池（RFBs）由于其成本效益、持续时间长和规模灵活，被认为是大规模能量存储的有希望的候选者。RFBs的独特结构特点使得能量和功率的设计可以分开进行。目前，水性氧化还原流电池（ARFBs）已成为最受关注的低成本能量存储技术之一，特别是水性全钒RFBs，目前是最成熟和广泛使用的能量存储系统。然而，传统ARFBs的网络规模应用受到资源供应有限、高腐蚀性电解液和缓慢的氧化还原动力学的挑战和限制。有机分子具有丰富的地球丰度和结构可调性，有望成为新型ARFBs中最有前途的活性组分。自从报道了一种无金属水性有机流电池以来，已经进行了许多努力来设计和发展可溶的有机氧化还原活性分子，如二茂铁、醌、氮氧自由基和环状氮氧自由基衍生物。在这些努力中，由于其高氧化还原稳定性和快速氧化还原动力学，蒽醌作为水性有机氧化还原流电池（AORFBs）的负极受到了广泛关注。目前，蒽醌衍生物主要在酸性或碱性AORFBs中探索。尽管支持电解液的导电性高，但在这些酸性或碱性溶液中检测到显著的副反应。此外，AORFB中使用的阴极液在这些溶液中也化学不稳定或容易产生有毒物质。因此，有必要在中性条件下设计和开发基于醌的AORFBs，以减少不必要的电解液腐蚀和副反应。
陈军院士团队报道了一种AORFB，使用9,10-蒽醌-2,7-二磺酸盐（2,7-AQDS）和1,4-二羟基苯磺酸钾（HQS）作为负极和正极活性材料。研究发现，中性溶液中的阴离子通过影响溶液中的氢键，进一步影响了活性材料的溶解度和动力学，而Na2SO4溶液显示出最佳的综合性能。因此，构建了一个采用中性Na2SO4电解液的全醌AORFB，其电池电压为0.9 V，展示了70.1%的容量利用率，并在60 mA cm−2的电流密度下提供了稳定的循环性能。这项工作设计了一种创新的中性全醌AORFB，并指出了阴离子如何通过影响溶液中的氢键来影响电解液的性质。这些发现为设计和应用中性全有机水性RFBs开辟了新的途径。
本文设计并构建了一个电池电压为0.9 V的中性水性全醌氧化还原流电池，由生物质衍生的醌作为电化学材料组成。2,7-AQDS和HQS是常见的商业材料，易于准备和获取。与分子工程策略不同，我们展示了溶质离子调节在提高中性AORFBs性能方面的重要性和可行性。我们发现，通过影响溶液中的氢键，电解液中的阴离子可以影响活性材料的溶解度和动力学，我们进一步优化了Na2SO4溶液作为电解液。构建的中性全醌AORFB提供了7.5 Ah L−1的可逆容量（0.2 м）和54.1 mW cm−2的功率密度。展示的2,7-AQDS/HQS电池代表了低成本、环保、中性全醌AORFB，具有高容量利用率和循环稳定性。这种中性水性全醌氧化还原流电池有望补充传统的流电池，并将AORFBs推向实际应用。
G. Yang, Y. Zhu, Z. Hao, Q. Zhang, Y. Lu, Z. Yan, J. Chen, An Aqueous All-Quinone-Based Redox Flow Battery Employing Neutral Electrolyte. Adv. Energy Mater. 2024, 2400022. https://doi.org/10.1002/aenm.202400022
热门跟贴