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Angew：高能量密度二氨基環(huán)丙烯-吩噻嗪雜化陰極電解液的開(kāi)發(fā)

由于有機(jī)溶劑的寬電化學(xué)電位窗口，非水氧化還原液流電池（RFBs）為實(shí)現(xiàn)高能量密度存儲(chǔ)提供了機(jī)會(huì)。吩噻嗪是一種罕見(jiàn)的在有機(jī)溶劑中經(jīng)歷兩次可逆電子轉(zhuǎn)移的陰極電解液。然而，現(xiàn)有吩噻嗪衍生物存在中等溶解度、中等氧化電位和第二對(duì)電化穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

美國(guó)密歇根大學(xué)Melanie Sanford等開(kāi)發(fā)了一種用于非水RFBs的新型可溶性、高電位雙電子陰極電解液。

這一發(fā)現(xiàn)是通過(guò)將吩噻嗪通過(guò)C-N鍵連接到二氨基環(huán)丙烯支架上而實(shí)現(xiàn)的。這種C-N鍵的形成在合成上很簡(jiǎn)單，從而促進(jìn)了多種衍生物的快速、一步合成以及化學(xué)結(jié)構(gòu)與電化學(xué)和溶解性特性之間關(guān)系的評(píng)估。

這能夠同時(shí)優(yōu)化三個(gè)關(guān)鍵特性（溶解度、二電子氧化還原和氧化還原電位），從而構(gòu)建陰極電解液2,6-二甲基哌啶(4-DMPP)，其具有迄今為止報(bào)道的針對(duì)該應(yīng)用的最佳特性組合之一（基于氧化還原電位、循環(huán)穩(wěn)定性和放電能量密度的比較）。

圖1 吩噻嗪類(lèi)陰極電解液的研究進(jìn)展

與上一代吩噻嗪/二氨基環(huán)丙烯雜化陰極電解液2-DAC相比，該分子表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的溶解度和能量密度。此外，4-DMPP的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)相關(guān)的高電位單電子陰極電解液，如硫代環(huán)丙烯鎓衍生物。

最終，作者預(yù)計(jì)這種方法可以推廣到其他帶有胺和/或N-雜環(huán)核心的陰極電解液候選者。

圖2 液流電池性能

Development of High Energy Density Diaminocyclopropenium-Phenothiazine Hybrid Catholytes for Non-Aqueous Redox Flow Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI: 10.1002/anie.202111939

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