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第一作者：Gaojing Yang, Yaxun Zhu

通讯作者： 陈军，严振华

通讯单位：南开大学

论文速览

氧化还原液流电池（RFBs）被认为是大规模储能的候选电池。然而，基于有毒金属离子的传统RFBs在资源利用和环境保护方面存在不足。考虑到酸性和碱性电解质的腐蚀性以及储能装置的可持续性，中性水系有机氧化还原液流电池(AORFBs)更具发展前景。

本文报道了新型的中性水系有机氧化还原液流电池（AORFBs），采用9,10-蒽醌-2,7-二磺酸盐（2,7-AQDS）和1,4-二羟基苯磺酸钾（HQS）作为负极和正极活性材料。

研究发现，中性溶液中的阴离子通过影响溶液中的氢键，进一步影响了电活性材料的溶解度和动力学特性，其中Na₂SO₄溶液展现出最佳综合性能。因此，构建了使用中性Na₂SO₄电解液的全醌AORFB，其电池电压为0.9V，在60 mA cm⁻²的电流密度下展现了70.1%的容量利用率和稳定的循环性能。

这项工作设计了一种创新的中性全醌AORFB，并指出了阴离子如何通过影响溶液中的氢键来影响电解液的特性。这些发现为设计和应用中性全有机水系液流电池开辟了新的途径。

图文导读

图1：在中性水溶液中几种醌类化合物的电位和溶解度比较。

图2：2,7-AQDS在不同钠盐溶液中的溶解度、电位和动力学参数比较，以及不同钠盐电解液中水的强氢键比例和2,7-AQDS的FTIR谱图。

图3：HQS在不同钠盐溶液中的稳定性、溶解度、电位和动力学参数比较。

图4：构建的中性全醌AORFB的电化学性能。

总结展望

本文设计并构建了一种新型的中性水系全醌类氧化还原液流电池，该电池以生物质衍生的醌类化合物作为电化学材料，具有0.9V的电池电压。通过调节电解液中的溶质离子来改善中性AORFBs的性能，发现电解液中的阴离子通过影响溶液中的氢键，进一步优化了Na₂SO₄溶液作为电解液。

所构建的中性全醌AORFB在0.2 M的活性物质浓度下提供了7.5 Ah L⁻¹的可逆容量和54.1 mW cm⁻²的功率密度。这种以2,7-AQDS/HQS为代表的电池以其低成本、环境友好性、高容量利用率和循环稳定性，有望补充传统液流电池，并推动AORFBs走向实际应用。

文献信息

标题：An Aqueous All-Quinone-Based Redox Flow Battery Employing Neutral Electrolyte

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202400022