近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員李先鋒與張長昆團隊在水系有機液流電池研究方面取得進展。該團隊設計并開發了不對稱的芘類多電子轉移活性分子材料。這一材料具有較高的電子濃度和穩定的中間半醌自由基。研究顯示，應用該材料的電池的能量密度達59.6Wh/Lcatholyte，展現出較好的耐高溫熱穩定性。
 

　　水系有機液流電池(AOFBs)具有資源豐富、可調性強、本征安全等性質。然而，水系有機液流電池大規模應用面臨能量密度低、成本高和高濃度下電池性能急劇下降等問題。研究發現，增加有機活性分子(ORAMs)單體的電子轉移數可以成倍提升能量密度并降低電解液成本。而多電子轉移ORAMs面臨穩定性與溶解性的Trade-off效應。拓展共軛結構可通過電子離域穩定中間自由基，但引入的非電化學活性單元會降低分子極性并增加分子量，進而降低其在水系電解液中的溶解性。
 

　　具有拓展共軛結構的芘四酮母核可以通過烯醇化互變異構，實現可逆四電子轉移。研究在母核中引入單個磺酸基團以降低分子平面性，增強單體的區域電荷密度分布及其與水分子間的氫鍵相互作用，提升了電解液的溶解性。同時，該分子通過共軛結構的有效離域及其在水溶液中有序的π-π堆積，穩定了中間半醌自由基，表現出優異的穩定性。這使電池能量密度達到59.6Wh/Lcatholyte，且其對稱電池及全電池在60℃的高溫下經過數千次循環而無明顯容量衰減。
 

　　上述研究為開發高能量密度和穩定性的水系有機液流電池活性分子提供了新思路。
 

　　相關研究成果以Four-electron Transferred Pyrene-4,5,9,10-tetraone Derivatives Enabled High-energy-density Aqueous Organic Flow Batteries為題，發表在《美國化學會志》(JACS)上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項(A類)等的支持。