南开大学陈军院士团队，最新AEM！

南开大学陈军院士团队最新研究报道了一种新型中性水系有机氧化还原液流电池（AORFBs），采用生物质衍生的醌类化合物作为活性材料，通过调控电解液阴离子优化电池性能，展现出高容量利用率和循环稳定性，为可持续储能技术提供了新方案。研究背景与动机传统氧化还原液流电池（RFBs）依赖有毒金属离子（如钒、锌），存在资源稀缺性和环境污染问题。酸性或碱性电解液腐蚀性强，限制了储能装置的可持续性。中性水系有机氧化还原液流电池（AORFBs）因使用无毒有机材料和中性电解液，成为更具发展前景的大规模储能候选技术。图1：中性水溶液中几种醌类化合物的电位和溶解度比较电池设计与材料选择研究团队以9,10-蒽醌-2,7-二磺酸盐（2,7-AQDS）为负极活性材料、1,4-二羟基苯磺酸钾（HQS）为正极活性材料，构建中性全醌AORFB。负极材料（2,7-AQDS）：生物质衍生的醌类化合物，具有高溶解度和可逆氧化还原特性。正极材料（HQS）：低成本有机分子，在中性条件下稳定存在。电解液优化：通过比较不同钠盐溶液（如Na?SO?、NaCl、NaNO?）对材料溶解度、电位和动力学参数的影响，发现Na?SO?溶液因能调节氢键网络，显著提升电活性材料的溶解度和反应动力学，成为最佳电解液选择。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，以及氢键比例和FTIR谱图电池性能与关键发现电化学性能：电池电压：0.9 V（基于2,7-AQDS和HQS的氧化还原电位差）。容量利用率：在60 mA cm?2电流密度下达到70.1%，显著高于传统有机液流电池。循环稳定性：长期充放电循环中容量衰减极低，表现出优异的可逆性。功率与能量密度：在0.2 M活性物质浓度下，可逆容量为7.5 Ah L?1，功率密度达54.1 mW cm?2，满足大规模储能需求。机制研究：电解液中的阴离子通过影响溶液氢键网络，调控电活性材料的溶解度和电荷转移速率。Na?SO?溶液中强氢键比例适中，既保证了高溶解度，又促进了快速氧化还原反应，从而优化电池整体性能。图3：HQS在不同钠盐溶液中的稳定性、溶解度、电位和动力学参数研究意义与创新点材料创新：首次以生物质衍生的醌类化合物（2,7-AQDS/HQS）构建中性全有机液流电池，避免了有毒金属的使用，降低了成本和环境风险。电解液调控策略：提出通过阴离子调节氢键网络优化电解液性能的方法，为中性AORFBs的设计提供了理论指导。性能突破：实现了高容量利用率（70.1%）和稳定循环性能，推动了AORFBs从实验室研究向实际应用的转化。图4：中性全醌AORFB的充放电曲线与循环稳定性总结与展望该研究通过材料设计与电解液工程相结合，开发了一种高效、可持续的中性全醌AORFB。其低成本、环境友好性和优异的电化学性能，使其有望补充传统液流电池技术，并为可再生能源存储（如风能、太阳能）提供可靠的解决方案。未来研究可进一步探索其他有机活性材料和电解液体系，以提升电池能量密度和扩大温度适用范围，加速AORFBs的商业化进程。文献信息标题：An Aqueous All-Quinone-Based Redox Flow Battery Employing Neutral Electrolyte期刊：Advanced Energy MaterialsDOI：10.1002/aenm.202400022