AEM：紫精水热合成和结构-性能关系用于优化氧化还原液流电池

水性有机氧化还原液流电池（AORFB）是一种新兴技术，用于采用可持续材料原料的防火安全电网储能系统。然而，设计具有所需溶解度、粘度、渗透性、形式电位、动力学和稳定性的有机氧化还原分子，同时保持合成可扩展性是一项挑战。

在此，威斯康星大学麦迪逊分校（UW-Madison）冯大卫教授、Li Wenjie团队展示了一种简单的一步法水热法合成对称和不对称紫精类化合物，并阐明了基本的结构-性质关系，以指导有机电解液的合理设计。具体而言，该工作通过水热法成功合成了67种紫精化合物。每种物质都经过实验表征，以揭示由结构变化引起的物理和电化学性质扰动。

最终，该工作展示了新型紫精负极酸酯Dex-DiOH-Vi的循环性能且具有创纪录的体积容量（67 Ah L⁻¹）。这种具有 2.5 m Dex-DiOH-Vi 的负极电解液限制AORFB 在使用 2.5 m TEMPO 正极电解液连续循环 14 天后没有表现出明显的衰减。

图1. 对称（蓝色）和不对称（红色）紫精的理化性质

总之，该项工作成功引入一种新的水热合成方法，该方法对水溶性紫精类化合物具有普遍适用性，在一步反应中直接生产出对称和不对称结构的紫精类化合物。该工作研究设计的Dex-DiOH-Vi负极电解液，在AORFB循环中使用14 d时没有明显的容量衰减，负极电解液理论体积容量为67 Ah L⁻¹。因此，该工作对理想的AORFB电解质进行分子工程设计以实现安全，可持续和可靠的长期电网储能开辟了新的道路。

图2. 室温下纯水中 5 mL 2.5 m Dex-DiOH-Vi 负极电解液和 5.5 mL 2.5 m MMA-TEMPO 正极电解液的 AORFB 循环数据

Viologen Hydrothermal Synthesis and Structure-Property Relationships for Redox Flow Battery Optimization, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202203919

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