南京大学&同济大学Science子刊:有机液流电池的“双核驱动”,电子-空间协同调控实现5000次超长循环

📧 通讯作者: Menghao Yang（同济大学材料科学与工程学院）；Mingjin Cui（南京大学工程与应用科学学院，上海理工大学能源材料科学研究院）；Yu Ding（南京大学工程与应用科学学院）

相关研究成果以"Long-cycling organic flow batteries enabled by electronic-spatial synergistic modulation"为题发表在Science Advances上。

[1] 图 1. 通过电子-空间协同调制设计ORAM的原理。(A) 示意图展示电子效应和空间效应在提高溶解度和电化学稳定性方面的协同机制。(B) 描绘液流电池构型及所设计分子化学结构的图示。[2] 图 2. PAP衍生物的电化学和化学性能。(A) PAP、APAP、HPP和AHPP的分子结构。(B) PAP、APAP、HPP和AHPP的循环伏安曲线。(C) PAP、APAP、HPP和AHPP的电位和溶解度。(D) 不同氧化还原活性物种的电子浓度和电位比较。本图中文献数据的来源见表S2。(E) PAP、APAP、HPP和AHPP的能级以及HOMO/LUMO图示。[3] 图 3. PAP衍生物分子在硫酸溶液中的多尺度表征。(A至D) 分别展示PAP、APAP、HPP和AHPP分子周围溶剂化壳层的分子动力学模拟。在可视化图像中，黄色球体表示硫酸，绿色球体表示水分子，蓝色球体代表相应的有机溶质分子。(E) 四种有机分子的静电势表面，关键位点标有势能值。(F) 从左至右为PAP、APAP、HPP和AHPP分子的电子局域化函数图。[4] 图 4. 2,7-AQDS||AHPP电池的电化学性能指标。(A) 基于0.2 mol L⁻¹ AHPP的2,7-AQDS||AHPP电池的库仑效率和循环稳定性。(B) 基于0.1 mol L⁻¹ AHPP的2,7-AQDS||AHPP电池在不同电流密度下的电压-容量倍率曲线。(C) 基于0.5 mol L⁻¹ AHPP的2,7-AQDS||AHPP电池的长期循环性能。(D) 基于0.5 mol L⁻¹ AHPP的2,7-AQDS||AHPP电池在选定循环圈数下的代表性充放电曲线。(E) 基于0.1 mol L⁻¹ AHPP的2,7-AQDS||AHPP电池在−10°C下的长期循环性能。(F) 不同液流电池体系的循环圈数与容量比较。本图中文献数据的来源见表S5。[5] 图 5. 电解液的多模态光谱和结构表征。(A) AHPP在充电过程中的三维紫外-可见光谱演变。(B) AHPP在一次循环伏安循环中的原位拉曼光谱演变。(C) AHPP在两次循环伏安循环中的原位红外光谱动态变化。(D) 长期循环前后HPP电解液的核磁共振波谱比较。(E) 长期循环前后AHPP电解液的核磁共振波谱比较。(F) PAP衍生物的分解路径及计算的吉布斯自由能。[6] 图 6. 液流电池的生命周期评价。(A) 用于可再生能源存储的液流电池系统示意图。(B) AHPP的两种合成路线在生命周期评价中各影响类别的贡献百分比。(C) 饼图展示路线1中各类污染物对全球变暖潜值的贡献比例。(D) 饼图展示路线2中各类污染物对全球变暖潜值的贡献比例。(E) 液流电池生命周期评价的系统边界。(F) 基于生命周期评价的环境影响雷达图比较AHPP液流电池与全钒液流电池。

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