香港大学Tianshou Zhao课题组--用于对称非水氧化还原液流电池的人工双极氧化还原活性分子

  本研究合成了共价连接的双极分子 1-(2-(4甲氧基-2,5-二甲基苯氧基) 乙基)-1'-甲基-[4,4'-联吡啶]-1,1'-六氟磷酸二鎓 (VIODAMB) 并应用 将这种新化合物作为阳极电解液和阴极电解液加入到非水有机氧化还原液流电池 (NAORFB) 中。我们证明这种对称电解质可以减轻液流电池中的交叉污染问题。该化合物在乙腈中的溶解度提高了0.66 M。在循环测试中，流动电池在 1.5 mA cm^-2的电流密度下在35次循环中提供了80%的容量保持率85%的能量效率。

图1.二茂铁基和二烷氧基苯基双极分子在氢氧化钠溶液中的应用比较。

图 2. 双极分子 VIODAMB 的合成过程。

图 3. CV 曲线、前沿分子轨道和拟议的VIODAMB氧化还原机制。LUMO：最低未占分子轨道；HOMO：最高占据分子轨道；SOMO：单占分子轨道。

图 4. 5 mM VIODAMB 电解质溶液在1.0 M LiTFSI/MeCN中的LSV研究：(a) LSV 曲线，转速从 300 rpm 增加到 2100 rpm；(b)阳极和阴极侧极限电流(i_L)与旋转速率 (ω^1/2) 平方根的拟合线性 Levich 图； (c, e) i^-1 到 ω^-1/2 的线性拟合 Koutecky-Levich 图；和 (d, f) logikas 的拟合图是过电位 (η) 的函数。

图 5. (a) 带有微孔膜分离器的 VIODAMB 对称 RFB 的图示。(b)极性反转实验中的电压和容量 vs 时间曲线。(c)在1 M LiTFSI/MeCN 中使用 0.01M VIODAMB的电池的充放电容量保持率和效率。(d)具有明确充电/放电平台的电位-时间曲线。

图6. (a)在不同浓度下具有库仑效率和能量效率的流通池的代表性充放电曲线。(b)随着电流密度从 10 mA cm^-2 增加到 40 mA cm^-2，RFB 的电压曲线。(c)在电流密度为 10 mA cm^-2 时，电解液浓度为 0.1 M 时电池的容量和效率。（d）通过将电解质稀释至2 mM，在循环前后阴极电解液和阳极电解液的循环伏安分析。

   相关科研成果由香港大学Tianshou Zhao和Tianshou Zhao等人于2021年发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering（https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c07190）上。原文：Artificial Bipolar Redox-Active Molecule for Symmetric Nonaqueous Redox Flow Batteries。