IT之家 9 月 7 日消息，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部李先鋒研究員、張長昆研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所李勝海研究員在水系有機(jī)液流電池研究方面取得新進(jìn)展。
液流電池有機(jī)活性分子的穩(wěn)定性和成本是重要評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前，有機(jī)活性分子面臨水溶性相對較低、穩(wěn)定性差、合成成本高等問題。尤其在非惰性氣體保護(hù)下，有機(jī)活性分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電池的循環(huán)穩(wěn)定性受到巨大的挑戰(zhàn)。
合作團(tuán)隊(duì)提出了原位電化學(xué)氧化合成方法，制備出耐氧性的萘衍生物，其在液流電池中作為正極活性分子展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。相關(guān)成果已經(jīng)在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-可持續(xù)性》發(fā)表（IT之家附 DOI:10.1038/s41893-024-01415-6）。
研究發(fā)現(xiàn)，在正極電解液連續(xù)鼓入空氣的條件下，該電池仍能夠穩(wěn)定循環(huán) 600 圈（超過 20 天）以上，證明了萘衍生物正極活性分子具有優(yōu)異的空氣穩(wěn)定性?；诖耍瑘F(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)千克級分子制備，并成功將其應(yīng)用于電堆測試。
在研究工作中，為合成低成本、高穩(wěn)定性的有機(jī)活性分子，李先鋒和張長昆團(tuán)隊(duì)以大宗性化學(xué)品羥基萘作為底物，采用化學(xué)合成和電化學(xué)合成相結(jié)合的制備策略，制備出多取代基修飾的萘醌活性分子。該方法簡單高效，無需復(fù)雜的分離純化過程，簡化了合成步驟的同時(shí)降低了成本。此外，團(tuán)隊(duì)通過原位核磁共振和離線液質(zhì)聯(lián)用等譜學(xué)方法分析了不同結(jié)構(gòu)衍生物的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明，在電化學(xué)氧化階段，萘衍生物羥基對位側(cè)的芐胺官能團(tuán)離去，并與水反應(yīng)氧化生成萘醌，進(jìn)一步與水加成生成多取代的萘醌活性分子。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二甲胺官能團(tuán)提高了萘醌分子的溶解性的同時(shí)對分子活性中心起到保護(hù)作用，從而提升了高濃度電解液的穩(wěn)定性。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步采用一體化裝置將萘活性分子的合成過程進(jìn)行放大，單次可制備 5 千克萘衍生物分子，并進(jìn)行了電堆穩(wěn)定性測試。
該研究有望為低成本、高穩(wěn)定液流電池活性分子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及合成方法優(yōu)化提供新思路，有助于將水系有機(jī)液流電池規(guī)模化和實(shí)用化。
值得一提的是，大連化物所在此基礎(chǔ)上于 9 月 3 日與中核匯能河南能源有限公司簽訂了“液流電池長時(shí)儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)及示范科研項(xiàng)目”協(xié)議，希望項(xiàng)目加快建設(shè)，為我國清潔低碳、安全高效能源體系構(gòu)建提供堅(jiān)實(shí)支撐和保障。
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