科學家開發出基于空氣穩定萘型衍生物的水系有機液流電池

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所儲能技術研究部研究員李先鋒、張長昆團隊，聯合長春應用化學研究所研究員李勝海，在水系有機液流電池研究方面取得進展。該團隊提出了原位電化學氧化合成方法，制備出耐氧性的萘衍生物。研究發現，萘衍生物在液流電池中作為正極活性分子展現出良好的穩定性。同時，在正極電解液連續鼓入空氣的條件下，該電池能夠穩定循環600圈（超過20天）以上，證明了萘衍生物正極活性分子具有優異的空氣穩定性。基于此，該研究實現了千克級分子制備，并將其應用于電堆測試。

　　液流電池有機活性分子的穩定性和成本是重要的評價標準。目前，有機活性分子面臨水溶性相對較低、穩定性差、合成成本高等問題。尤其在非惰性氣體保護下，有機活性分子的結構穩定性和電池的循環穩定性面臨挑戰。

　　為合成低成本、高穩定性的有機活性分子，李先鋒和張長昆團隊以大宗性化學品羥基萘作為底物，采用化學合成和電化學合成相結合的制備策略，發展出多取代基修飾的萘醌活性分子。該方法簡單高效，無需復雜的分離純化過程，簡化了合成步驟，并降低了成本。此外，該團隊通過原位核磁共振和離線液質聯用等譜學方法分析了不同結構衍生物的電化學反應機理。結果表明，在電化學氧化階段，萘衍生物羥基對位側的芐胺官能團離去，并與水反應氧化生成萘醌，進而與水加成生成多取代的萘醌活性分子。理論計算和實驗結果表明，二甲胺官能團提高了萘醌分子的溶解性的同時對分子活性中心起到保護作用，從而提升了高濃度電解液的穩定性。進一步，研究采用一體化裝置將萘活性分子的合成過程進行放大，實現了單次可制備5千克萘衍生物分子，并進行了電堆穩定性測試。

　　上述成果有望為低成本、高穩定液流電池活性分子的結構設計及合成方法優化提供新思路，有助于實現水系有機液流電池規模化和實用化應用。

　　相關研究成果以Air-stable naphthalene derivative-based electrolytes for sustainable aqueous flow batteries為題，發表在《自然-可持續發展》（Nature Sustainability）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。