常规水系液流甉|的开路电(sh)压受到水?sh)解的限制。与之相比，有机溶剂h更宽的电(sh)化学H口Q利用其构成的氧化还原液电(sh)池也表现出更高的开路电(sh)压，因此理论上可以实现更高的能量密度。然而，现阶D늚非水pL化还原液电(sh)池仍然存在很多缺炏V例如大多数有机氧化q原zL材料的溶解度太低，以至于不能达到预期的高能量密度。此外非水系氧化q原液流甉|通常?lt;10 mA cm-2的电(sh)密度下工作。与水系液流甉|的高甉|密度Q通常> 100 mA cm-2Q相比，相对较低的值已成ؓ(f)非水pL化还原液电(sh)池进一步发展的障碍。除?sh)解质?sh)导率和膜?sh)阻外，氧化q原zL材料的?sh)化学行Z被认为是高电(sh)密度下性能的另一个因素。具有高扩散能力的氧化还原活性材料有利于降低甉|的极化和提高效率?/span>
Z解决以上问题Q近期，天|大学李永丹和张翠娟团队研I了Z基苯的负极材料——硝QNBQ，2-基甲苯(2-NT)Q?-基甲苯(3-NT)以及4-基甲苯Q?-NTQ。四U备选材料在室温下都h很高的溶解度。此外，四者都h较高扩散pL和电(sh)化学动力学反应常敎ͼq有利于其在较高工作甉|下的表现。最后，通过与正极物?,5-二叔丁基-1-甲氧?4-[2?甲氧Z氧基]苯（DBMMBQ配对的液流甉|的@环稳定性测试，选出最佌极物质。相x果以标题为?/span>Liquid Nitrobenzene-Based Anolyte Materials for High-Current and -Energy-Density Nonaqueous Redox Flow Batteries”发表在ACS Applied Materials & Interfaces。天z大学化工学院博士研I生徐东寒ؓ(f)论文W一作者。此研究得到国家自然U学基金资助支持?/span>
?a昄了在100 mV s-1的扫描速率下，?.1 M 四乙基铵双（三氟甲基酰Q酰亚胺?/span>QTEATFSIQ?nbsp;/乙腈QMeCNQ中?.01 MzL物质的循环伏安QCVQ曲UѝDBMMB的半波电(sh)势ؓ(f)0.69 V vs.Ag / Ag Q当使用不同的阳极电(sh)解液Ӟ该半波电(sh)势保持恒定。不同的x化合物显C出不同的电(sh)位。NBQ?-NTQ?-NT?-NT的具有L?sh)势分别?1.54Q?1.65Q?1.56Q?1.59 V vs. Ag/Ag 。因此，ZDBMMB/NBQDBMMB/2-NTQDBMMB/3-NT和DBMMB/4-NT的液电(sh)池的开路电(sh)压分别ؓ(f)2.23Q?.34Q?.25?.28 V。通过紫外-可见光谱法测得活性物质在 1.0 M TEATFSI/MeCN 中的极限溶解度（NB?.1 MQ?-NT?.4 MQ?-NT?.3 MQ?4-NT?.8 MQ。利用高?gu)度和高开路电(sh)压，ZDBMMB/NBQDBMMB/2-NTQDBMMB/3-NT和DBMMB/4-NT的液电(sh)池的理论能量密度辑ֈ182, 169, 160, ?16 W h L?1。结果优于大多数非水pL电(sh)池，其理量密度很超q?0 Wh L-1?/span>
通过CV与线性伏安（LSVQ测试对zL物质的扩散pLQDQ与?sh)化学动力学速率常数Qk0Q进行评估。如?b昄Q与其他常见zL物质进行比较，四种zL物质具有较高的D和k0Q这有利于其在较高工作电(sh)下的表现。这U快速的质量和电(sh)药{Ud力学可能得益于活性物质的分子尺寸?/span>
?Qa) ?nbsp;0.1 M TEATFSI/MeCN 溶液?.01 M DBMMB/0.01 M 负极zL物质的循环伏安图。扫描速率?0.1 V s-1。b) 本工作与文献中活性物质的动力学速率常数 (k0) 和扩散系?(D) 的比较?/span>
Z评估实际甉|中的取代基效果，合的x和阴极材料在通池中进行了循环试。如?a所C，当将2-NT用作x材料Ӟ定w衰减非常快。但是，使用3-NTD循环E_性略有改善?-NT?0个@环后表现?3.6Q的定w保持率，优于NB?6.1Q与4-NT?4.0Q。@环稳定性的不同可能与带甉|性物质的单电(sh)子占据轨道（SOMOQ能U有养ISOMO能高容易发生亲核反应（?bQ。对Z2-NT的电(sh)解液循环前后q行分析Q图2cQ?发现其主要副反应产物Z聚体?/span>
?Qa) 0.1 M DBMMB/0.1 Mx材料QNBQ?-NTQ?-NT?-NTQ的液流甉|攄(sh)定w保持率。膜为Daramic-250Q电(sh)密度ؓ(f)60 mA cm-2。b) 带电(sh)状态下的四U活性物质的SOMO能。c) Z2-NT的电(sh)解液循环前后的核共振氢谱图?/span>
在电(sh)密度ؓ(f)50 mA?0 mA cm-2的条件下q行甉|的倍率性能试。对于每个电(sh)密度，试?个充?攄(sh)循环Q几乎恒定的定w表明液流甉|h很高的稳定性。对?0?0?0?0 mA cm-2的电(sh)密度，q_攄(sh)定w分别保持?.6?.1?.5?.9 Ah L-1。放?sh)容量随着甉|密度的增加而逐渐减小是极化损耗增加的l果。由于交叉效应相对较弱，库u效率QCEQ随甉|密度昄出微q增长。相反，当电(sh)密度从50 mA cm-2增加?0 mA cm-2Ӟ׃极化?sh)阻增加Q电(sh)压效率（VEQ从81.0Q降低到64.0Q。M而言Q即使在相对较高的电(sh)密度下Q基于的DBMMB/3-NT液流甉|仍具有出色的倍率性能。评C0.1 M DBMMB/0.1 M 3-NT/1.0 M TEATFSI/MeCN的液电(sh)池在60 mA cm-2下的充放?sh)@环性能。极化曲U测试结果显C电(sh)池在100QSOC时可辑ֈ237 Wh L-1的峰值功率密度，几乎优于所有已报道的非水系液流甉|。电(sh)池在50个@环中保持了相对较高的效率Q其中CE?3.7Q，VE?6.6Q，能量效率QEEQؓ(f)71.8Q。^均放?sh)容量达?.25 Ah L-1Q材料利用率高达84.0Q（理论定w?.68 Ah L-1Q?/span>
?/span>3Q?/span>aQ容量与甉|50?0 mA cm-2的@环次C间的关系。bQ不同电(sh)密度下的效率。cQI-V极化曲线。dQ?.1 M DBMMB/0.1 M 3-NT/1.0 M TEATFSI/MeCN的液电(sh)池在60 mA cm-2时的循环效率和容量?/span>
Z充分利用DBMMB?-NT的高溶解度，装配?.0 M DBMMB/1.0 M 3-NT/1.2 M TEATFSI/MeCN的液电(sh)池，q在80 mA cm-2下进行了试。在50个@环中Q^均CEQVE和EE分别?2.8Q，52.0Q和48.2Q（?aQ。初始充?sh)和攄?sh)定w分别辑ֈ13.7?1.2 Ah L-1?nbsp;因此Q该液流甉|的实际能量密度在充电(sh)q程中达?7.8 Wh L-1Q在攄(sh)q程中达?8.7 Wh L-1。流通池的如此高的工作电(sh)密度和实际的体U能量密度显着高于其他已报道的全有机非水系氧化q原液流甉|(?b)?/span>
?Q?/span>a) 1.0 M DBMMB/1.0 M 3-NT/1.2 M TEATFSI/MeCN的液电(sh)池在80 mA cm-2下的循环效率。bQDBMMB/3-NT和其他文献的液流甉|性能的比较?/span>
MQ他们利用液体活性物质的高溶解度Q开发了一U高能量密度的液电(sh)池。正极活性物质ؓ(f)2,5-二叔丁基-1-甲氧?4-[2?甲氧Z氧基]苯（DBMMBQ，负极zL物质ؓ(f)3-基甲苯(3-NT)。在以乙?MeCN)作溶剂，四乙基铵双（三氟甲基酰Q酰亚胺?TSATFSI)作支持电(sh)解质Ӟ构成的电(sh)池开路电(sh)压ؓ(f)2.25 V。用Daramic-250作ؓ(f)甉|隔膜Q?.1 MzL物质的甉|在电(sh)密?0 mA cm-2?0ơ@环的q_攄(sh)定w?.25 Ah L-1QCE=93.7%QVE=76.6%QEE=71.8%。当zL物质浓度提升到1.0 MQ电(sh)密度ؓ(f)80 mA cm-2下，甉|首次充电(sh)定w辑ֈ37.8 Wh L-1Q?0ơ@环的q_CE=92.8%QVE=52.0%QEE=48.2%?/span>
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https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.1c05564
