近日，中科院大连化学物理研究所研究员李先锋和研究员张长昆团队在水系有机液流电池研究方面取得新进展。团队通过电化学—原位/离位核磁共振和电子自旋共振方法，揭示了电池实际工况中对亚甲基蓝（MB）分子的稳定化机理，并且基于此类分子开发出千瓦级的水系有机液流电池电堆，为水系有机液流电池的实用化提供了重要参考。相关成果发表在《能源与环境科学》上。
液流电池具有安全性高和效率高等优势，在大规模储能领域受到了广泛关注。水系有机液流电池因其活性电对为通过有机合成或从自然界中提取的有机小分子，具有结构可调性强、环境友好等优势，受到越来越多研究人员的关注。但是，目前绝大多数有机分子在空气中易被氧化，进而造成容量的不可逆衰减。因此，开发空气稳定的高性能有机活性分子材料对有机液流电池的研究具有重要的意义。
该工作中，团队通过研究电解液中的不同组分间的相互作用，实现了电解液组分优化，大幅度提高了电池容量。团队通过电化学—原位核磁共振技术发现，MB分子在电池运行时会发生归中反应生成自由基态。电子自旋共振技术和理论计算结果表明，自由基态和还原态在空气中的稳定是该分子电化学反应高度可逆和结构稳定的重要原因。为了进一步验证MB分子在有机液流电池中应用的可行性，团队组装了10节1000cm2的有机液流电池电堆，电堆的瞬时放电功率超过了1kW，并连续运行32天，容量几乎没有衰减。此外，团队还对MB电解液在高温70℃进行了加速寿命衰减测试，并分析了其可能的衰减机理。
该项研究不仅阐释了有机活性分子的耐氧化机理，为分子的设计提供重要参考；而且开发的千瓦级电堆，有望为水系有机液流电池从实验室走向实用化提供良好的借鉴。
相关论文信息：https://doi.org/10.1039/D2EE03051A