第一作者：Gaojing Yang, Yaxun Zhu

通訊作者：?陳軍，嚴(yán)振華

通訊單位：南開(kāi)大學(xué)

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氧化還原液流電池（RFBs）被認(rèn)為是大規(guī)模儲(chǔ)能的候選電池。然而，基于有毒金屬離子的傳統(tǒng)RFBs在資源利用和環(huán)境保護(hù)方面存在不足。考慮到酸性和堿性電解質(zhì)的腐蝕性以及儲(chǔ)能裝置的可持續(xù)性，中性水系有機(jī)氧化還原液流電池(AORFBs)更具發(fā)展前景。

本文報(bào)道了新型的中性水系有機(jī)氧化還原液流電池（AORFBs），采用9,10-蒽醌-2,7-二磺酸鹽（2,7-AQDS）和1,4-二羥基苯磺酸鉀（HQS）作為負(fù)極和正極活性材料。

研究發(fā)現(xiàn)，中性溶液中的陰離子通過(guò)影響溶液中的氫鍵，進(jìn)一步影響了電活性材料的溶解度和動(dòng)力學(xué)特性，其中Na₂SO₄溶液展現(xiàn)出最佳綜合性能。因此，構(gòu)建了使用中性Na₂SO₄電解液的全醌AORFB，其電池電壓為0.9V，在60 mA cm^?2的電流密度下展現(xiàn)了70.1%的容量利用率和穩(wěn)定的循環(huán)性能。

這項(xiàng)工作設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新的中性全醌AORFB，并指出了陰離子如何通過(guò)影響溶液中的氫鍵來(lái)影響電解液的特性。這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)和應(yīng)用中性全有機(jī)水系液流電池開(kāi)辟了新的途徑。

圖文導(dǎo)讀

圖1：在中性水溶液中幾種醌類(lèi)化合物的電位和溶解度比較。

圖2：2,7-AQDS在不同鈉鹽溶液中的溶解度、電位和動(dòng)力學(xué)參數(shù)比較，以及不同鈉鹽電解液中水的強(qiáng)氫鍵比例和2,7-AQDS的FTIR譜圖。

圖3：HQS在不同鈉鹽溶液中的穩(wěn)定性、溶解度、電位和動(dòng)力學(xué)參數(shù)比較。

圖4：構(gòu)建的中性全醌AORFB的電化學(xué)性能。

總結(jié)展望

本文設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種新型的中性水系全醌類(lèi)氧化還原液流電池，該電池以生物質(zhì)衍生的醌類(lèi)化合物作為電化學(xué)材料，具有0.9V的電池電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)電解液中的溶質(zhì)離子來(lái)改善中性AORFBs的性能，發(fā)現(xiàn)電解液中的陰離子通過(guò)影響溶液中的氫鍵，進(jìn)一步優(yōu)化了Na₂SO₄溶液作為電解液。

所構(gòu)建的中性全醌AORFB在0.2 M的活性物質(zhì)濃度下提供了7.5 Ah L^?1的可逆容量和54.1 mW cm^?2的功率密度。這種以2,7-AQDS/HQS為代表的電池以其低成本、環(huán)境友好性、高容量利用率和循環(huán)穩(wěn)定性，有望補(bǔ)充傳統(tǒng)液流電池，并推動(dòng)AORFBs走向?qū)嶋H應(yīng)用。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：An Aqueous All-Quinone-Based Redox Flow Battery Employing Neutral Electrolyte

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202400022