分會

第六十一分會：能源化學(xué)

摘要

面對化石能源大量消耗造成的氣候變化，我國提出了“碳達峰碳中和”重大決策部署，積極推進可再生能源的規(guī)?；?。然而，以風(fēng)能、太陽能為代表的可再生能源發(fā)電具有間歇性，嚴重影響智能電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。大規(guī)模長時儲能技術(shù)是解決這一問題的有效途徑，這其中水系液流電池儲能技術(shù)以其安全性高、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，成為電力系統(tǒng)儲能的首選技術(shù)之一。 在水系液流電池領(lǐng)域，一系列基于蒽醌、紫羅堿、二茂鐵、氮雜芳環(huán)等有機結(jié)構(gòu)骨架的分子，已展現(xiàn)了較為良好的性能和應(yīng)用前景。然而，目前僅有的少量基于吩嗪衍生物的液流電池報道，雖已展現(xiàn)了較為良好的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性，但其衰減機理尚不明確，且循環(huán)穩(wěn)定性尚無法達到大規(guī)模應(yīng)用的需求。 為改進現(xiàn)狀，我們將目光投向了自然界來源廣泛的氨基酸，創(chuàng)新地使用氨基酸作為功能化基團（即官能團），通過簡單的一步偶聯(lián)反應(yīng)引入到吩嗪骨架，利用氨基酸的水溶性特點及給電子特性，合成了一系列不同位置不同取代基功能化、具有雙電子轉(zhuǎn)移中心的水溶性吩嗪類衍生物（AFP）并系統(tǒng)地探究了吩嗪衍生物“AFP家族”的不同“成員”（即不同支鏈及不同位置的氨基酸），對水系液流電池性能的影響。同時結(jié)合核磁、高分辨質(zhì)譜、CV測試等分析手段，考察了該類化合物在氧化/還原狀態(tài)下的穩(wěn)定性。 研究表明，1,6-AFP具有穩(wěn)定的氧化態(tài)和還原態(tài)；盡管1,8-AFP、2,7-AFP同樣具有穩(wěn)定的氧化態(tài)，但其還原態(tài)易于發(fā)生氫的互變異構(gòu)，失去氧化還原活性并進一步降解，在電池測試中其容量迅速衰減。進一步，通過密度泛函理論（DFT）計算，結(jié)合實驗結(jié)果，對該類化合物的衰減機制做了詳盡分析，對其他不同氨基酸和取代位做了系統(tǒng)的總結(jié)與預(yù)測。 最后，明星分子1,6-AFP在pH 8，1 M電子濃度下，經(jīng)~99天長時充放電循環(huán)測試，該液流電池展現(xiàn)出極低的容量衰減（0.000002%每圈, 0.0015%每天，~0.5%每年），這是目前所有報道中，有機液流電池低衰減的新紀錄保持者，在水系儲能系統(tǒng)中具有強大的實際應(yīng)用價值[1]。

關(guān)鍵詞

吩嗪;氨基酸;液流電池

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