“双氧化还原共熔电解液”助力高性能非水有机液流电池

来源：X一MOL资讯

原标题：【能源】余桂华、赵宇团队Angew：“双氧化还原共熔电解液”助力高性能非水有机液流电池

相比于传统液流电池，非水体系的有机液流电池的工作电压能够克服水分解电压的限制，理论能量密度可以更高。然而在实际应用中，非水有机液流电池面临诸多问题：有机活性分子溶解度低、正负极电解液相互污染、电解液及隔膜离子电导率低等，这些因素都降低了非水有机液流电池的实际操作电流、功率密度和能量密度。如何优化电解液组分，提升非水有机液流电池的性能是研究者亟待解决的问题。

图1. 双氧化还原共熔电解液的构建高性能有机液流电池。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

近日，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的余桂华教授团队与苏州大学的赵宇教授合作，开发了一种被称作“双氧化还原共熔电解液（biredox eutectic electrolyte）”的高浓度有机电解液。直接利用正负极有机活性分子间的分子间相互作用力，在室温下实现高浓度、双极性的共熔电解液。该电解液不仅能够提高活性分子的浓度，而且能够有效缓解正负极电解液的相互污染。他们基于N-丁基-邻苯二甲酰亚胺（BuPh）和1,1-二甲基二茂铁（DMFc）活性分子制备了这种双氧化还原共熔电解液。理论分析发现BuPh和DMFc分子之间形成了强的π-π和Van Der Waals相互作用力。进一步电池测试表明在1.0 M浓度下电池的功率密度可达192 mW cm-2，远优于文献报道的非水有机体系。在大电流60 mA cm-2下完全充放电循环500圈后，电池的容量依然稳定在72%，库伦效率和能量效率分别为93%和51%。在超高浓度下（2 M）双氧化还原共熔电解液依然能够保持稳定的效率和容量输出。

图2. a) 基于BuPh和DMFc制备双氧化还原共熔电解液的策略。b) 双氧化还原共熔电解液的相图。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

图3. a) 0.1 M和1.0 M电解液的极化曲线。b) 0.1 M电解液不同电流密度下的充放电曲线。c) 0.1 M浓度下电池的循环稳定性和效率值。d) 1.0 M浓度下电池的效率值。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上。

Changkun Zhang, Yumin Qian, Yu Ding, Leyuan Zhang, Xuelin Guo, Yu Zhao, Guihua Yu

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 7045-7050, DOI. 10.1002/anie.201902433