近日，中国科大徐铜文、杨正金课题组，与中科院大连化学物理研究所的李先锋和袁治章教授、德克萨斯大学奥斯汀分校的Guihua Yu教授，应邀在Advanced Functional Materials发表了题为“Organic Electrolytes for pH-Neutral Aqueous Organic Redox Flow Batteries”的综述论文，系统地阐述了用于中性水系有机液流电池的有机电解质的研究进展。

液流电池作为一种高容量、低成本的新型电化学储能设施，具备能量和功率可以独立调控的独特优势。传统的液流电池主要以钒、铬等过渡金属作为电活性材料，存在金属储量有限、电解液腐蚀性强、跨膜渗透严重和动力学慢等缺点。中性水系有机液流电池利用pH温和的中性电解液以代替强酸/强碱电解液，并采用水溶性有机电活性分子作为电解质，这类有机电解质具备原料来源丰富、性能高度可调和动力学快速等优点，赋予该电池更加广阔的应用前景。

该论文详细地梳理了有机正极电解质（有机金属配合物、氮氧自由基）、有机负极电解质（蒽醌、含氮杂环芳香化合物）、聚合物电解质和双极电解质的研究进展，并从中归纳总结出电解质分子的通用设计原则：溶解度的提升一般通过引入亲水官能团、打破结构对称性以创造局部强溶剂化和增加分子极性来实现；电位的调节可以通过引入具有吸电子（升高电位）或给电子（降低电位）效应的官能团来实现，对于质子耦合电荷转移反应，溶液的pH对电位也有很大影响；提高分子稳定性的策略一般包括延展共轭平面、优先填充易受攻击位点、加强分子间的电荷排斥和空间斥力。

文章还讨论了有机电解质研究面临的挑战和未来的发展方向：电解质分子的降解机理尚不明确，需要更多有效的原位表征技术来实时监测电解质的氧化还原过程；为了控制溶液粘度，有机电解质的测试浓度一般远小于其溶解度，因而有机液流电池的能量密度远不及传统的金属基液流电池；在中性溶液中能够实现多电荷转移的有机分子很少，还需开发更多质量比容量更高的有机电解质；另外，中性液流电池的溶液电导率很低，功率密度达不到强酸/强碱性液流电池的水平，可通过开发高电压正极材料或低电位负极材料来提升功率。

该研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金等经费来源的支持。（文/图 中国科大）

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202108777