水系有机液流电池凭借其规模化程度高、成本低廉、可持续发展性好等优势在在大规模储能应用中备受青睐。然而，有机电极材料在水溶液中的溶解度相对都比较低，而且水溶液电解质的电化学窗口较窄，这都限制了水系有机液流电池的进一步发展。近日，南京大学金钟教授团队报道了吡咯烷阳离子功能化的TEMPO和扩展紫精这一可逆有机氧化还原电对，将其应用在水系有机液流电池中可以实现较高的工作电压和循环稳定性。

本文要点

1） 具有高度化学稳定性的吡咯烷阳离子通常具备宽的电化学稳定窗口，而且其与Cl^-匹配时能够提高有机材料在水溶液中的溶解度。因此，研究人员使用吡咯烷阳离子对TEMPO和扩展紫精进行官能化（Pyr-TEMPO 和[PyrPV]Cl₄），实现了这两类有机电极材料在水溶液中的高度溶解。与此同时，吡咯烷阳离子的引入对于氧化还原电对本身的可逆电位影响不大。

2） 研究人员利用核磁共振光谱和电子顺磁共振等对氮氧自由基与水分子之间的相互作用进行了研究确认，这种相互作用能够减少自由基分子之间的相互碰撞失活的概率，从而为电池的长效稳定性提供保障。

3） 基于上述改性的Pyr-TEMPO -[PyrPV]Cl₄ 水系有机液流电池的电池电压高达1.57V, 库伦效率接近100%，能量效率可达84%，可以稳定循环超过1000周。

参考文献

Mingguang Pan,Liuzhou Gao,Junchuan Liang,Pengbo Zhang,Shuyu Lu,Yan Lu,Jing Ma,Zhong Jin，Reversible Redox Chemistry in Pyrrolidinium-Based TEMPO Radical and Extended Viologen for High-Voltage and Long-Life Aqueous Redox Flow Batteries， Advanced Energy Materials, 2022

DOI: 10.1002/aenm.202103478