【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著可再生能源的快速發(fā)展，開發(fā)低成本、長壽命、高安全的大規(guī)模儲能技術(shù)成為實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵。中性水系有機液流電池(AORFBs)因分子結(jié)構(gòu)可調(diào)、環(huán)境友好等優(yōu)勢備受關(guān)注。萘酰亞胺(NDI)衍生物憑借其高度的π-π共軛體系和雙電子存儲特性成為理想候選材料，然而循環(huán)過程中的側(cè)鏈和酰亞胺環(huán)易受OH?親核攻擊導(dǎo)致分解，且自由基態(tài)分子聚集引發(fā)粘度激增，嚴重制約其實際應(yīng)用。現(xiàn)有NDI材料雖通過親水基團調(diào)控提升了溶解度，但仍面臨分子穩(wěn)定性不足和電池循環(huán)壽命短等挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)兼具高穩(wěn)定性、低成本的NDI電解質(zhì)材料是推動AORFBs商業(yè)化的核心課題。
最近，西安交通大學(xué)前沿院何剛教授團隊創(chuàng)新性提出了一種離子協(xié)同策略，用常壓法合成了一類具有高穩(wěn)定性的萘二酰亞胺兩性離子衍生物[(CBu)2NDI，(SPr)2NDI，(SPrOH)2NDI]。單晶結(jié)構(gòu)顯示，分子間側(cè)鏈的靜電相互作用力致使(CBu)2NDI形成平行交錯的π-π堆疊模式(間距3.45 Å，位移角42.8°)，有效抑制了高活性自由基態(tài)下的分子聚集，進而在自由基狀態(tài)下保持較高的水溶性。通過核獨立化學(xué)位移值[NICS (1)]以及福井函數(shù)的計算，證明了陰離子的引入顯著抑制了OH?親核反應(yīng)導(dǎo)致的電解質(zhì)材料降解。此外，單點能的計算闡明了支持電解質(zhì)中K+在電池循環(huán)過程中的穩(wěn)定機制。該策略使(CBu)?NDI的水溶性高達1.49 M，所構(gòu)筑的電池總電解質(zhì)成本低至$6.58·Ah?1，在2 M電子濃度下經(jīng)長時間循環(huán)無明顯的容量衰減。這些發(fā)現(xiàn)促進了高性能中性水系有機液流電池的發(fā)展，并展示了其大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的潛力。
該研究成果近期以《協(xié)同離子修飾策略提升萘酰亞胺兩性離子的穩(wěn)定性用于經(jīng)濟高效的中性水系有機液流電池》(Synergistic ionic modification strategy enhances the stability of naphthalene diimide zwitterions for cost-effective aqueous organic redox flow batteries)為題發(fā)表在國際權(quán)威期刊《國家科學(xué)評論》(National Science Review)上。前沿院張恒博士生為論文第一作者，何剛教授為論文通訊作者，西安交通大學(xué)為本論文唯一完成單位。這也是何剛教授課題組在前期萘/苝二酰亞胺基液流電池關(guān)鍵電解液材料研究領(lǐng)域中的又一重要突破。
該工作得到國家自然科學(xué)基金、陜西省科技創(chuàng)新指導(dǎo)專項、陜西省創(chuàng)新能力支撐計劃資助，得到西安交通大學(xué)分析測試中心的支持和幫助。
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