分会

第六十一分会：能源化学

摘要

面对化石能源大量消耗造成的气候变化，我国提出了“碳达峰碳中和”重大决策部署，积极推进可再生能源的规模化利用。然而，以风能、太阳能为代表的可再生能源发电具有间歇性，严重影响智能电网安全稳定运行。大规模长时储能技术是解决这一问题的有效途径，这其中水系液流电池储能技术以其安全性高、循环寿命长等优势，成为电力系统储能的首选技术之一。 在水系液流电池领域，一系列基于蒽醌、紫罗碱、二茂铁、氮杂芳环等有机结构骨架的分子，已展现了较为良好的性能和应用前景。然而，目前仅有的少量基于吩嗪衍生物的液流电池报道，虽已展现了较为良好的电化学循环稳定性，但其衰减机理尚不明确，且循环稳定性尚无法达到大规模应用的需求。 为改进现状，我们将目光投向了自然界来源广泛的氨基酸，创新地使用氨基酸作为功能化基团（即官能团），通过简单的一步偶联反应引入到吩嗪骨架，利用氨基酸的水溶性特点及给电子特性，合成了一系列不同位置不同取代基功能化、具有双电子转移中心的水溶性吩嗪类衍生物（AFP）并系统地探究了吩嗪衍生物“AFP家族”的不同“成员”（即不同支链及不同位置的氨基酸），对水系液流电池性能的影响。同时结合核磁、高分辨质谱、CV测试等分析手段，考察了该类化合物在氧化/还原状态下的稳定性。 研究表明，1,6-AFP具有稳定的氧化态和还原态；尽管1,8-AFP、2,7-AFP同样具有稳定的氧化态，但其还原态易于发生氢的互变异构，失去氧化还原活性并进一步降解，在电池测试中其容量迅速衰减。进一步，通过密度泛函理论（DFT）计算，结合实验结果，对该类化合物的衰减机制做了详尽分析，对其他不同氨基酸和取代位做了系统的总结与预测。 最后，明星分子1,6-AFP在pH 8，1 M电子浓度下，经~99天长时充放电循环测试，该液流电池展现出极低的容量衰减（0.000002%每圈, 0.0015%每天，~0.5%每年），这是目前所有报道中，有机液流电池低衰减的新纪录保持者，在水系储能系统中具有强大的实际应用价值[1]。

关键词

吩嗪;氨基酸;液流电池

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