北京化工大学谭占鳌课题组、李晖课题组和温州大学杨云课题组合作，报道了一种新型的蒽醌活性材料（1,8-BDPAQCl2）。作为中性pH水系液流电池的负极材料，1,8-BDPAQCl2具备氧化还原电位低和电化学稳定性好的优点。
近年来，醌基水系液流电池凭借其安全性高、双电子参与反应、性能可调、反应动力学快和潜在成本低等优点而备受关注。按支持电解液种类划分，水系液流电池可以分为酸性、碱性和中性。相较于前两者，中性液流电池采用良性NaCl或KCl作为支持电解质，对环境更友好；另外，中性溶液具有更宽的电化学窗口。
醌基活性材料由于其固有的pH依赖性行为和最低未占有分子轨道（LUMO）较深，不易在pH中性水溶液中实现低电位。基于上述考虑，作者通过分子设计合成出三种低电位的蒽醌分子。首先，分子内氢键可以增强的还原产物Q2-去质子能力，使得Q2-占总产物（Q2-、HQ-和H2Q）的比例变大。其次，双取代的官能团可以有效提高LUMO至少0.22 eV。在中性条件下，三者的电位为-0.76~-0.78 V vs.Ag/AgCl。与蒽醌配对的正极材料为FeCl2(gly)2时，全电池的理论开路电压可以达到1.27~1.29 V。
图1. (a) 负极和正极活性材料在0.5 M氯化钾中的CV曲线；(b)非缓冲水溶液中负极活性材料的Pourbaix图；(c) 蒽醌、1,4-BDPAQCl2、1,5-BDPAQCl2和1,8-BDPAQCl2的能级图。 在三种蒽醌分子当中，1,8-BDPAQCl2的电化学稳定性最高。1,8-BDPAQCl2/Fe(gly)2Cl2液流电池在40 mA∙cm-2恒流进行200次充放循环（约11天），平均库伦效率和能量效率分别为96.6% 和61.3%。结果表明液流电池的循环很稳定，每次循环容量衰减为0.048%，每天容量衰减为0.88%。当电流密度为87.6 mA∙cm-2时，电池的最大输出功率密度为42.2 mW∙cm-2。在20 mA∙cm-2时，充电容量可以达到理论容量的93%。即使电流密度高达100 mA∙cm-2，该比例仍有87%。 图2. (a) 1,8-BDPAQCl2/Fe(gly)2Cl2液流电池示意图; (b)电池在不同电流密度下循环,对应着电压-容量曲线(c)；(d) 100% SOC电池的极化曲线；(e) 40 mA∙cm-2下恒电流充放电循环。 论文信息 A Low-Potential and Stable Bis-Dimethylamino Substituted Anthraquinone for pH-Neutral Aqueous Redox Flow Batteries Lixing Xia, Yujing Zhang, Prof. Fuzhi Wang, Dr. Fengming Chu, Prof. Yun Yang, Prof. Hui Li, Prof. Zhan’ao Tan 文章第一作者为夏力行 ChemElectroChem DOI: 10.1002/celc.202200224
