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?AEM:紫精水熱合成和結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系用于優(yōu)化氧化還原液流電池

?AEM:紫精水熱合成和結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系用于優(yōu)化氧化還原液流電池
水性有機(jī)氧化還原液流電池(AORFB)是一種新興技術(shù),用于采用可持續(xù)材料原料的防火安全電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而,設(shè)計(jì)具有所需溶解度、粘度、滲透性、形式電位、動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性的有機(jī)氧化還原分子,同時(shí)保持合成可擴(kuò)展性是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
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在此,威斯康星大學(xué)麥迪遜分校(UW-Madison)馮大衛(wèi)教授、Li Wenjie團(tuán)隊(duì)展示了一種簡(jiǎn)單的一步法水熱法合成對(duì)稱和不對(duì)稱紫精類化合物,并闡明了基本的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系,以指導(dǎo)有機(jī)電解液的合理設(shè)計(jì)。具體而言,該工作通過(guò)水熱法成功合成了67種紫精化合物。每種物質(zhì)都經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)表征,以揭示由結(jié)構(gòu)變化引起的物理和電化學(xué)性質(zhì)擾動(dòng)。
最終,該工作展示了新型紫精負(fù)極酸酯Dex-DiOH-Vi的循環(huán)性能且具有創(chuàng)紀(jì)錄的體積容量(67 Ah L?1)。這種具有 2.5 m Dex-DiOH-Vi 的負(fù)極電解液限制AORFB 在使用 2.5 m TEMPO 正極電解液連續(xù)循環(huán) 14 天后沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的衰減。
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圖1. 對(duì)稱(藍(lán)色)和不對(duì)稱(紅色)紫精的理化性質(zhì)
總之,該項(xiàng)工作成功引入一種新的水熱合成方法,該方法對(duì)水溶性紫精類化合物具有普遍適用性,在一步反應(yīng)中直接生產(chǎn)出對(duì)稱和不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的紫精類化合物。該工作研究設(shè)計(jì)的Dex-DiOH-Vi負(fù)極電解液,在AORFB循環(huán)中使用14 d時(shí)沒(méi)有明顯的容量衰減,負(fù)極電解液理論體積容量為67 Ah L?1。因此,該工作對(duì)理想的AORFB電解質(zhì)進(jìn)行分子工程設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)安全,可持續(xù)和可靠的長(zhǎng)期電網(wǎng)儲(chǔ)能開辟了新的道路。
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圖2. 室溫下純水中 5 mL 2.5 m Dex-DiOH-Vi 負(fù)極電解液和 5.5 mL 2.5 m MMA-TEMPO 正極電解液的 AORFB 循環(huán)數(shù)據(jù)
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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