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?AEM：紫精水熱合成和結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系用于優(yōu)化氧化還原液流電池

水性有機(jī)氧化還原液流電池（AORFB）是一種新興技術(shù)，用于采用可持續(xù)材料原料的防火安全電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，設(shè)計(jì)具有所需溶解度、粘度、滲透性、形式電位、動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性的有機(jī)氧化還原分子，同時(shí)保持合成可擴(kuò)展性是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

在此，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校（UW-Madison）馮大衛(wèi)教授、Li Wenjie團(tuán)隊(duì)展示了一種簡(jiǎn)單的一步法水熱法合成對(duì)稱和不對(duì)稱紫精類化合物，并闡明了基本的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系，以指導(dǎo)有機(jī)電解液的合理設(shè)計(jì)。具體而言，該工作通過水熱法成功合成了67種紫精化合物。每種物質(zhì)都經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表征，以揭示由結(jié)構(gòu)變化引起的物理和電化學(xué)性質(zhì)擾動(dòng)。

最終，該工作展示了新型紫精負(fù)極酸酯Dex-DiOH-Vi的循環(huán)性能且具有創(chuàng)紀(jì)錄的體積容量（67 Ah L^?1）。這種具有 2.5 m Dex-DiOH-Vi 的負(fù)極電解液限制AORFB 在使用 2.5 m TEMPO 正極電解液連續(xù)循環(huán) 14 天后沒有表現(xiàn)出明顯的衰減。

圖1. 對(duì)稱（藍(lán)色）和不對(duì)稱（紅色）紫精的理化性質(zhì)

總之，該項(xiàng)工作成功引入一種新的水熱合成方法，該方法對(duì)水溶性紫精類化合物具有普遍適用性，在一步反應(yīng)中直接生產(chǎn)出對(duì)稱和不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的紫精類化合物。該工作研究設(shè)計(jì)的Dex-DiOH-Vi負(fù)極電解液，在AORFB循環(huán)中使用14 d時(shí)沒有明顯的容量衰減，負(fù)極電解液理論體積容量為67 Ah L^?1。因此，該工作對(duì)理想的AORFB電解質(zhì)進(jìn)行分子工程設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)安全，可持續(xù)和可靠的長(zhǎng)期電網(wǎng)儲(chǔ)能開辟了新的道路。

圖2. 室溫下純水中 5 mL 2.5 m Dex-DiOH-Vi 負(fù)極電解液和 5.5 mL 2.5 m MMA-TEMPO 正極電解液的 AORFB 循環(huán)數(shù)據(jù)

Viologen Hydrothermal Synthesis and Structure-Property Relationships for Redox Flow Battery Optimization, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202203919

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