北京化工大學(xué)譚占鰲課題組、李暉課題組和溫州大學(xué)楊云課題組合作，報道了一種新型的蒽醌活性材料（1,8-BDPAQCl2）。作為中性pH水系液流電池的負極材料，1,8-BDPAQCl2具備氧化還原電位低和電化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
近年來，醌基水系液流電池憑借其安全性高、雙電子參與反應(yīng)、性能可調(diào)、反應(yīng)動力學(xué)快和潛在成本低等優(yōu)點而備受關(guān)注。按支持電解液種類劃分，水系液流電池可以分為酸性、堿性和中性。相較于前兩者，中性液流電池采用良性NaCl或KCl作為支持電解質(zhì)，對環(huán)境更友好；另外，中性溶液具有更寬的電化學(xué)窗口。
醌基活性材料由于其固有的pH依賴性行為和最低未占有分子軌道（LUMO）較深，不易在pH中性水溶液中實現(xiàn)低電位。基于上述考慮，作者通過分子設(shè)計合成出三種低電位的蒽醌分子。首先，分子內(nèi)氫鍵可以增強的還原產(chǎn)物Q2-去質(zhì)子能力，使得Q2-占總產(chǎn)物（Q2-、HQ-和H2Q）的比例變大。其次，雙取代的官能團可以有效提高LUMO至少0.22 eV。在中性條件下，三者的電位為-0.76~-0.78 V vs.Ag/AgCl。與蒽醌配對的正極材料為FeCl2(gly)2時，全電池的理論開路電壓可以達到1.27~1.29 V。
圖1. (a) 負極和正極活性材料在0.5 M氯化鉀中的CV曲線；(b)非緩沖水溶液中負極活性材料的Pourbaix圖；(c) 蒽醌、1,4-BDPAQCl2、1,5-BDPAQCl2和1,8-BDPAQCl2的能級圖。 在三種蒽醌分子當中，1,8-BDPAQCl2的電化學(xué)穩(wěn)定性最高。1,8-BDPAQCl2/Fe(gly)2Cl2液流電池在40 mA?cm-2恒流進行200次充放循環(huán)（約11天），平均庫倫效率和能量效率分別為96.6% 和61.3%。結(jié)果表明液流電池的循環(huán)很穩(wěn)定，每次循環(huán)容量衰減為0.048%，每天容量衰減為0.88%。當電流密度為87.6 mA?cm-2時，電池的最大輸出功率密度為42.2 mW?cm-2。在20 mA?cm-2時，充電容量可以達到理論容量的93%。即使電流密度高達100 mA?cm-2，該比例仍有87%。 圖2. (a) 1,8-BDPAQCl2/Fe(gly)2Cl2液流電池示意圖; (b)電池在不同電流密度下循環(huán),對應(yīng)著電壓-容量曲線(c)；(d) 100% SOC電池的極化曲線；(e) 40 mA?cm-2下恒電流充放電循環(huán)。 論文信息 A Low-Potential and Stable Bis-Dimethylamino Substituted Anthraquinone for pH-Neutral Aqueous Redox Flow Batteries Lixing Xia, Yujing Zhang, Prof. Fuzhi Wang, Dr. Fengming Chu, Prof. Yun Yang, Prof. Hui Li, Prof. Zhan’ao Tan 文章第一作者為夏力行 ChemElectroChem DOI: 10.1002/celc.202200224
