中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：中性水系有機(jī)液流電池(AORFBs)有望實(shí)現(xiàn)可再生能源從輔助能源向主導(dǎo)能源的轉(zhuǎn)變。其中，電解液材料是液流電池中關(guān)鍵組成部分，是能量存儲(chǔ)的核心單元，其成本占系統(tǒng)總成本的50%以上。因此，AORFBs從實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新到大規(guī)模制造的成功轉(zhuǎn)型在很大程度上依賴于高性能電解質(zhì)材料的開(kāi)發(fā)。萘二酰亞胺材料因其獨(dú)特的平面剛性結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的雙電子存儲(chǔ)特性而備受關(guān)注。然而，萘二酰亞胺衍生物作為負(fù)極電解質(zhì)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(duì)上述問(wèn)題，西安交通大學(xué)前沿院何剛教授課題組在前期工作的基礎(chǔ)上，利用結(jié)構(gòu)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(tuán)，通過(guò)水熱合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)了萘二酰亞胺材料驗(yàn)室級(jí)百克尺度制備。其中，dex-NDI水溶性高達(dá)1.85 M和成本低至$0.16 g-1。結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬，X射線衍射模擬等理論計(jì)算以及電噴霧離子時(shí)間飛行質(zhì)譜，變溫紅外光譜等多種表征技術(shù)，深層次揭示了π-π堆積和氫鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)同效應(yīng)對(duì)萘二酰亞胺材料分子構(gòu)型穩(wěn)定性影響的內(nèi)在機(jī)制。匹配負(fù)極氮氧化合物電解液（MiAcNH-TEMPO），構(gòu)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(gè)維度展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。這一研究成果不僅為萘二酰亞胺材料相關(guān)領(lǐng)域提供了寶貴的借鑒意義，并且推動(dòng)了中性水系有機(jī)液流電池的技術(shù)發(fā)展。
本工作首次提出了水熱合成技術(shù)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(luò)的協(xié)同作用，為電解質(zhì)材料的設(shè)計(jì)合成提供了新的思路，也為水系有機(jī)液流儲(chǔ)能技術(shù)從實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新到大規(guī)模制造的商業(yè)化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
以上研究結(jié)果以論文形式發(fā)表在國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（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(xué)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(xué)為本論文唯一通訊作者單位。相關(guān)工作得到了西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院何雅玲院士和李印實(shí)教授、北京理工大學(xué)李明佳教授的指導(dǎo)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(guān)鍵電解液材料研究領(lǐng)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金，陜西省科技創(chuàng)新指導(dǎo)專項(xiàng)，西安交通大學(xué)自主創(chuàng)新能力提升項(xiàng)目，中央高?；究蒲薪?jīng)費(fèi)及分析測(cè)試共享中心等的支持。
