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*

水系有機液流電池(AOFB)可使用具有高理論比容量、資源豐富、易規(guī)?；迫『铜h(huán)境友好的氧化還原活性有機分子/聚合物作為儲能電解質(zhì)材料，因而在大規(guī)模儲能方面應用前景廣闊。然而，有機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際應用。我院曹劍瑜-許娟團隊最近設計開發(fā)了一種具有高比容量和快速的氧化還原反應動力學速率的有機固態(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，有效規(guī)避了有機活性電解質(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)的容量保持率達到99.82%，平均能量效率80.7%。

此項研究工作得到了國家自然科學基金、江蘇省綠色催化重點實驗室科學基金和企業(yè)橫向合作項目的資助。曹劍瑜-許娟課題組長期致力于有機電活性材料和相關液流電池技術的基礎和應用研究。近年來，課題組在有機液流電池、有機混合液流電池和有機水系電池等領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)等學術刊物上發(fā)表相關研究論文。