李先锋/张长昆/傅杰EES：面向千瓦级有机液流电池的亚甲基蓝正极电解液

液流电池（FBs）是开发清洁可再生能源的大规模和长期储能的最佳选择之一。利用有机分子作为氧化还原物质的水系有机液流电池（AOFB）具有独特的优势，如元素丰度和可定制性，从而使潜在的环境友好和低成本成为可能。然而，目前的AOFBs仍受缺乏空气稳定有机分子的限制。

在此，中科院大连化物所李先锋研究员、张长昆研究员及大连交通大学傅杰教授等人借助电解液优化和原位/非原位核磁共振（NMR）和电子顺磁共振（EPR）技术发现，在亚甲基蓝（MB）电解液中归中反应产生的抗氧自由基MBH₂^2+▪和酸性条件下生成的还原态HMBH₂²⁺显示出更稳定的分子结构，这无疑对环境空气条件下MB分子的高度可逆性起着至关重要的作用。

具体而言，MB电解质的氧化还原反应实际上是在强酸性溶液中从质子化的MB分子开始的，其在3 M H₂SO₄溶液中的整个氧化还原过程如下：MBH²⁺分子得到两个电子和两个质子生成还原态的HMBH₂²⁺分子。而在50% SOC的MB电解液中，氧化的MBH²⁺和还原的HMBH₂²⁺之间的归中反应导致中间体MBH₂^2+▪自由基的生成。

图1. MB电解液的化学和电化学稳定性

此外，V-MB单电池的暂停（12~48小时）循环实验表明MB电解液在空气中表现出优异的化学/电化学稳定性及极少的自氧化。基于空气稳定的MB电解液，作者首次组装了一个kW级的AOFB堆栈，并在80 mA cm^-2下表现出超过500次循环的稳定容量。此外，基于0.5 M MB电解液的电池堆在容量为~ 510 Ah的情况下，仍能在约32天的长寿命周期内保持稳定性能。

同时，高温下的分子加速衰减测试也表明还原态HMBH₂²⁺表现出超强的稳定性。尽管原始MB的副反应在70 ℃时很严重，但大多数分解的分子仍保留氧化还原中心，只有轻微的容量衰减。总之，这项工作中优异性能和稳定的MB电解质为高性能 AOFBs用于大规模储能的实用性铺平了道路。

图2. 堆栈单元在0.1 M和0.5 M下的电化学性能

Insight into Air-stable Methylene Blue Catholyte towards kW-scale Practical Aqueous Organic Flow Batteries, Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/D2EE03051A

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李先锋/张长昆/傅杰EES：面向千瓦级有机液流电池的亚甲基蓝正极电解液

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