西湖大学王盼：构建高性能水系液流电池
该研究提供了一种新型高稳定性水系有机分子结构骨架设计策略，为进一步设计构建高性能水系液流电池提供了重要理论依据。这一最新成果日前作为封面文章发表于《德国应用化学》期刊。
水系有机液流电池，发展新趋势
“作为液流电池的一种，水系有机液流电池使用水作为介质，是具有较高安全性的储能系统。” 王盼说，液流电池可以将电能转化为化学能进行储存，它通过活性物质在电极表面发生氧化还原反应来储存和释放能量。
西湖大学理学院特聘研究员王盼（第二排右一）及其团队
研究人员介绍，水系有机液流电池的活性材料，来源于自然中储量丰富的碳、氮、氧等元素，这些元素在分子结构上可编辑可调节，能够通过有机官能团得失电子的氧化还原行为，完成化学能与电能的相互转化。
而有机分子中的多电子转移及其多样的可设计性，赋予了水系有机液流电池独特灵活的优势，使之成为液流电池发展的新趋势。
“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。” 王盼说，然而，目前绝大部分研究工作都是基于商业可得的已知功能染料分子；基于吩嗪类有机结构骨架的衍生物，在前序报道中仅有几个例子，均存在水溶性差和不稳定等问题，且该类化合物衰减机理尚不明确。
氨基酸功能化吩嗪衍生物（AFP）的合成
年衰减0.5%，水系有机液流电池新纪录
为改进现状，西湖大学研究人员将目光投向自然界来源广泛的氨基酸。
“简版”水系液流电池系统
“研究表明，1,6-AFP具有稳定的氧化态和还原态；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。”王盼介绍。
课题组还对该类化合物的衰减机制做了详尽分析。研究发现，明星分子1,6-AFP在pH8,1M电子浓度下，在水系液流电池长时间的恒压充放循环过程中表现优异。
1 M 1,6-AFP (pH 8) 的电池循环表现
“在实验测试99天之后，通过核磁及电化学手段并没有观察到任何化学分解。该液流电池具有极低的容量衰减（0.0015%每天），在长时间充放电的状态下，仅表现出每年0.5%的衰减。”王盼说。
研究人员表示，这是目前所有报道中，水系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重要应用价值。