中性水系有機(jī)液流電池(aorfbs)有望實現(xiàn)可再生能源從輔助能源向主導(dǎo)能源的轉(zhuǎn)變。其中，電解液材料是液流電池中關(guān)鍵組成部分，是能量存儲的核心單元，其成本占系統(tǒng)總成本的50%以上。因此，aorfbs從實驗室創(chuàng)新到大規(guī)模制造的成功轉(zhuǎn)型在很大程度上依賴于高性能電解質(zhì)材料的開發(fā)。萘二酰亞胺材料因其獨(dú)特的平面剛性結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的雙電子存儲特性而備受關(guān)注。然而，萘二酰亞胺衍生物作為負(fù)極電解質(zhì)材料依然面臨著高濃度性能不足以及制備成本高昂兩大難題。
針對上述問題，西安交通大學(xué)前沿院何剛教授課題組在前期工作的基礎(chǔ)上，利用結(jié)構(gòu)改性修飾策略以及優(yōu)化制備工藝，在核心萘環(huán)末端引入親水基團(tuán)，通過水熱合成技術(shù)實現(xiàn)了萘二酰亞胺材料驗室級百克尺度制備。其中，dex-ndi水溶性高達(dá)1.85 m和成本低至$0.16 g-1。結(jié)合分子動力學(xué)模擬，x射線衍射模擬等理論計算以及電噴霧離子時間飛行質(zhì)譜，變溫紅外光譜等多種表征技術(shù)，深層次揭示了π-π堆積和氫鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)同效應(yīng)對萘二酰亞胺材料分子構(gòu)型穩(wěn)定性影響的內(nèi)在機(jī)制。匹配負(fù)極氮氧化合物電解液（miacnh-tempo），構(gòu)建的全電池體系在制備成本，體積容量（54.4 ah l-1），電池電壓（1.27 v），功率密度（318 mw cm-2）以及循環(huán)壽命等多個維度展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。這一研究成果不僅為萘二酰亞胺材料相關(guān)領(lǐng)域提供了寶貴的借鑒意義，并且推動了中性水系有機(jī)液流電池的技術(shù)發(fā)展。
本工作首次提出了水熱合成技術(shù)規(guī)模化制備萘二酰亞胺衍生物的普適方法，闡明了分子間π-π堆積和氫鍵網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，為電解質(zhì)材料的設(shè)計合成提供了新的思路，也為水系有機(jī)液流儲能技術(shù)從實驗創(chuàng)新到大規(guī)模制造的商業(yè)化發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。以上研究結(jié)果以論文形式發(fā)表在國際化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（angewandte chemie international edition）上，該論文也被選為vip（very important paper）和back cover文章。西安交通大學(xué)前沿院博士研究生劉旭和張恒為論文共同第一作者，何剛教授為論文通訊作者，西安交通大學(xué)為論文唯一通訊作者單位。相關(guān)工作得到了西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院何雅玲院士和李印實教授、北京理工大學(xué)李明佳教授的指導(dǎo)和支持。這也是何剛教授課題組在前期萘/苝二酰亞胺基液流電池關(guān)鍵電解液材料研究領(lǐng)域中的又一重要突破。
該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目，國家自然科學(xué)基金，陜西省科技創(chuàng)新指導(dǎo)專項，西安交通大學(xué)自主創(chuàng)新能力提升項目，中央高?；究蒲薪?jīng)費(fèi)及分析測試共享中心等的支持。
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何剛教授課題組主頁：
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