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西安交大在中性水系有機(jī)液流電池領(lǐng)域取得關(guān)鍵突破,助力低成本長(zhǎng)壽命儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展

時(shí)間:2025-06-16 15:14:28來(lái)源:杰恒蠕動(dòng)泵 閱讀數(shù):

西安交大在中性水系有機(jī)液流電池領(lǐng)域取得關(guān)鍵突破,助力低成本長(zhǎng)壽命儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展

        隨著全球可再生能源的快速普及,開(kāi)發(fā)低成本、長(zhǎng)壽命、高安全性的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的核心環(huán)節(jié)。中性水系有機(jī)液流電池(AORFBs)因其分子結(jié)構(gòu)可調(diào)、環(huán)境友好等特性,被視為極具潛力的儲(chǔ)能解決方案。其中,萘酰亞胺(NDI)衍生物憑借高度π-π共軛體系和雙電子存儲(chǔ)能力,成為理想的電解液材料候選。然而,該類材料在循環(huán)過(guò)程中面臨側(cè)鏈與酰亞胺環(huán)易受OH?親核攻擊分解、自由基態(tài)分子聚集導(dǎo)致粘度升高等瓶頸,制約了其實(shí)際應(yīng)用。
        近日,西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院何剛教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)上述挑戰(zhàn),創(chuàng)新性提出離子協(xié)同修飾策略,通過(guò)常壓合成法開(kāi)發(fā)出一系列高穩(wěn)定性萘二酰亞胺兩性離子衍生物,包括(CBu)?NDI、(SPr)?NDI和(SPrOH)?NDI。單晶結(jié)構(gòu)分析表明,(CBu)?NDI分子間側(cè)鏈的靜電相互作用形成了平行交錯(cuò)的π-π堆疊模式(間距3.45Å,位移角42.8°),有效抑制了自由基態(tài)下的分子聚集,同時(shí)維持了高水溶性(1.49M)。理論計(jì)算顯示,陰離子的引入顯著降低了C=O鍵的親核福井函數(shù)值(f+)和核獨(dú)立化學(xué)位移值[NICS (1)],增強(qiáng)了材料抗OH?攻擊的穩(wěn)定性。此外,支持電解質(zhì)中K?與分子的相互作用通過(guò)單點(diǎn)能計(jì)算得以闡明,揭示了電池循環(huán)過(guò)程中的穩(wěn)定機(jī)制。
        該研究成果顯著提升了NDI基電解液的綜合性能:所構(gòu)建的電池總電解質(zhì)成本低至$6.58?Ah?¹,在2M電子濃度下經(jīng)5070次循環(huán)后容量保持率仍達(dá)100%,突破了現(xiàn)有NDI材料循環(huán)壽命短的難題。其優(yōu)勢(shì)包括:
  • 低成本與工藝友好性:常壓合成、簡(jiǎn)單后處理,適合大規(guī)模制備;
  • 高穩(wěn)定性:通過(guò)離子協(xié)同作用抑制分子分解與聚集,解決了堿性環(huán)境下的材料退化問(wèn)題;
  • 高效儲(chǔ)能特性:高溶解度與長(zhǎng)循環(huán)壽命,滿足大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的需求。
        相關(guān)成果以《協(xié)同離子修飾策略提升萘酰亞胺兩性離子的穩(wěn)定性用于經(jīng)濟(jì)高效的中性水系有機(jī)液流電池》為題發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》(National Science Review)。西安交通大學(xué)前沿院張恒博士生為第一作者,何剛教授為通訊作者,研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省科技創(chuàng)新專項(xiàng)等項(xiàng)目資助。
        此項(xiàng)突破為中性水系有機(jī)液流電池的商業(yè)化應(yīng)用奠定了關(guān)鍵材料基礎(chǔ),有望推動(dòng)可再生能源儲(chǔ)能技術(shù)向低成本、長(zhǎng)壽命方向邁進(jìn),為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供重要技術(shù)支撐。
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