液流电池具有高度的可扩展性和独立的能源和电力控制能力，非常适合于大规模的储能系统应用。然而，液流电池的应用受到电池性能以及与使用金属基氧化还原材料带来的的高成本和环境问题的限制。因此，开发新型廉价、环保、高能量密度的有机液流电池技术为克服传统的无机液流电池的缺陷提供了新的方向。虽然非水有机液流电池的工作电压能够克服水分解电压的限制，但其能量密度仍然受到活性分子溶解度的限制。

图1. 基于低共熔体系的高浓度有机液流电池设计。图片来源：Chem

美国德州大学奥斯汀分校余桂华教授带领的团队与苏州大学的赵宇教授合作，开发了一种简便有效的高浓度有机电解液的合成策略。利用有机活性分子与金属盐的氢键相互作用，实现高浓度的邻苯二甲酰亚胺（Phthalimide）基负极低共熔电解液。与传统复杂的化学合成法提高溶解度相比，该低共熔策略不仅简便有效，而且活性分子浓度提高了六倍。通过实验与计算的结合，作者系统研究了Phthalimide类衍生物与锂金属盐的作用及其在电解液中的电化学性能。少量的有机溶剂有助于降低低共熔溶剂的粘度、提高溶剂的电导率，从而实现更高能量密度和电池效率。进一步的理论分析表明，添加尿素有利于体系形成稳定的四配位几何构型，从而显著提高活性分子的可逆性。同时，该研究结合了Phthalimide衍生物低氧化还原电位的优势，通过搭配二茂铁衍生物作为正极活性分子，有机液流电池可以实现1.8 V的充放电电位。该研究综合低共熔体系的构建，电化学分析和理论模拟计算，为发展高能量密度的有机液流电池提供了新的方向。

图2.（a）LiTFSI-NMePh-Urea三相体系分子静电势表面。（b）不同组分NMePh负极电解液的CV曲线。图片来源：Chem

图3. 非水有机液流电池中不同有机活性分子的氧化还原电位、溶解度和电池实际测试浓度对比。图片来源：Chem

这一成果近期以封面文章形式发表在Cell Press旗下的综合化学旗舰期刊Chem 上。共同通讯作者为余桂华教授（美国德州大学奥斯汀分校）与赵宇教授（苏州大学）。余桂华教授课题组近些年专注于新型液流电池的研究和设计，综合了化学科学、材料科学和能源科学的跨学科研究，包括通过有机合成对活性物质的物理/化学特性进行优化，利用低共熔材料的特性实现高浓度的电解液，同时结合分子水平的电化学反应机理和反应动力学研究，借助理论的计算分析，发展了一系列新型有机液流电池、仿生液流电池。

该论文作者为：Changkun Zhang, Zhihui Niu, Yu Ding, Leyuan Zhang, Yangen Zhou, Xuelin Guo, Xiaohong Zhang, Yu Zhao, Guihua Yu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点击这里直接访问）：

Highly Concentrated Phthalimide-Based Anolytes for Organic Redox Flow Batteries with Enhanced Reversibility

Chem, 2018, 4, 2814-2815, DOI: 10.1016/j.chempr.2018.08.024

导师介绍

余桂华

https://www.x-mol.com/university/faculty/37838

赵宇

https://www.x-mol.com/university/faculty/18406