中國儲能網(wǎng)訊：中性水系有機液流電池(AORFBs)有望實現(xiàn)可再生能源從輔助能源向主導能源的轉變。其中，電解液材料是液流電池中關鍵組成部分，是能量存儲的核心單元，其成本占系統(tǒng)總成本的50%以上。因此，AORFBs從實驗室創(chuàng)新到大規(guī)模制造的成功轉型在很大程度上依賴于高性能電解質材料的開發(fā)。萘二酰亞胺材料因其獨特的平面剛性結構以及優(yōu)異的雙電子存儲特性而備受關注。然而，萘二酰亞胺衍生物作為負極電解質材料依然面臨著高濃度性能不足以及制備成本高昂兩大難題。
針對上述問題，西安交通大學前沿院何剛教授課題組在前期工作的基礎上，利用結構改性修飾策略以及優(yōu)化制備工藝，在核心萘環(huán)末端引入親水基團，通過水熱合成技術實現(xiàn)了萘二酰亞胺材料驗室級百克尺度制備。其中，dex-NDI水溶性高達1.85 M和成本低至$0.16 g-1。結合分子動力學模擬，X射線衍射模擬等理論計算以及電噴霧離子時間飛行質譜，變溫紅外光譜等多種表征技術，深層次揭示了π-π堆積和氫鍵網(wǎng)絡協(xié)同效應對萘二酰亞胺材料分子構型穩(wěn)定性影響的內(nèi)在機制。匹配負極氮氧化合物電解液（MiAcNH-TEMPO），構建的全電池體系在制備成本，體積容量（54.4 Ah L-1），電池電壓（1.27 V），功率密度（318 mW cm-2）以及循環(huán)壽命等多個維度展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。這一研究成果不僅為萘二酰亞胺材料相關領域提供了寶貴的借鑒意義，并且推動了中性水系有機液流電池的技術發(fā)展。
本工作首次提出了水熱合成技術規(guī)模化制備萘二酰亞胺衍生物的普適方法，闡明了分子間π-π堆積和氫鍵網(wǎng)絡的協(xié)同作用，為電解質材料的設計合成提供了新的思路，也為水系有機液流儲能技術從實驗創(chuàng)新到大規(guī)模制造的商業(yè)化發(fā)展奠定了堅實的基礎。
以上研究結果以論文形式發(fā)表在國際化學領域權威期刊《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上，該論文也被選為VIP（Very Important Paper）和Back Cover文章。西安交通大學前沿院博士研究生劉旭和張恒為本論文共同第一作者，何剛教授為本論文通訊作者，西安交通大學為本論文唯一通訊作者單位。相關工作得到了西安交通大學能源與動力工程學院何雅玲院士和李印實教授、北京理工大學李明佳教授的指導和支持。這也是何剛教授課題組在前期萘/苝二酰亞胺基液流電池關鍵電解液材料研究領域中的又一重要突破（CCS Chem,2023,5,2334–2347;Mater.Horiz.2024,11,1283–1293）。
該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目，國家自然科學基金，陜西省科技創(chuàng)新指導專項，西安交通大學自主創(chuàng)新能力提升項目，中央高?；究蒲薪?jīng)費及分析測試共享中心等的支持。
