西安交大在中性水系有機液流電池領(lǐng)域取得關(guān)鍵突破,助力低成本長壽命儲能技術(shù)發(fā)展
時間:2025-06-16 15:14:28來源:杰恒蠕動泵 閱讀數(shù):
西安交大在中性水系有機液流電池領(lǐng)域取得關(guān)鍵突破,助力低成本長壽命儲能技術(shù)發(fā)展
隨著全球可再生能源的快速普及 ,開發(fā)低成本
、長壽命、高安全性的大規(guī)模儲能技術(shù)成為實現(xiàn)碳中和目標的核心環(huán)節(jié)。中性水系有機液流電池(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)研究院何剛教授團隊針對上述挑戰(zhàn)
,創(chuàng)新性提出離子協(xié)同修飾策略,通過常壓合成法開發(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
,同時維持了高水溶性(1.49M)
。理論計算顯示,陰離子的引入顯著降低了C=O鍵的親核福井函數(shù)值(f+)和核獨立化學(xué)位移值[NICS (1)]
,增強了材料抗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單點能計算得以闡明
,揭示了電池循環(huán)過程中的穩(wěn)定機制。

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100%
,突破了現(xiàn)有NDI材料循環(huán)壽命短的難題。其優(yōu)勢包括:
- 低成本與工藝友好性:常壓合成
、簡單后處理
,適合大規(guī)模制備;
- 高穩(wěn)定性:通過離子協(xié)同作用抑制分子分解與聚集,解決了堿性環(huán)境下的材料退化問題
;
- 高效儲能特性:高溶解度與長循環(huán)壽命
,滿足大規(guī)模儲能系統(tǒng)對經(jīng)濟性和可靠性的需求。
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)濟高效的中性水系有機液流電池》為題發(fā)表于國際權(quán)威期刊《國家科學(xué)評論》(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,研究得到國家自然科學(xué)基金
、陜西省科技創(chuàng)新專項等項目資助
。
此項突破為中性水系有機液流電池的商業(yè)化應(yīng)用奠定了關(guān)鍵材料基礎(chǔ),有望推動可再生能源儲能技術(shù)向低成本
、長壽命方向邁進
,為“雙碳”目標的實現(xiàn)提供重要技術(shù)支撐。
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