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中年|余桂华教授团队Angew：偶氮苯类有机分子结构设计助力高容量水系液流电池( 二 )



为探索AADA负极液在水系液流电池中的电化学性能 ， 该研究组首先研究了静态模式下全电池的倍率性能、储能机理和长循环稳定性 。 当以铁氰化亚钾/铁氰化钾为相应正极液时 ， 该电池在0.1 M AADA和30 mA cm-2电流密度下 ， 长循环700圈后容留保留率仍达81%（99.97%/圈） ， 库伦效率高达99.7% 。
中年|余桂华教授团队Angew：偶氮苯类有机分子结构设计助力高容量水系液流电池
本文插图
图3. AADA基水系RFB静态电池性能 。 a)0.5 M AADA负极液在不同电流密度下的充放电曲线；b) AADA负极液在不同氧化还原态的紫外-可见光谱图 c) 0.1 M AADA负极液在30 mA cm-2下的长循环稳定性和库伦效率 d) 0.5 M AADA负极液在20 mA cm-2下的长循环稳定性和库伦效率 。


在动态模式下 ， 采用0.8 M AADA负极液时 ， 该水系液流电池在10 mA cm-2下可逆容量达41.5 Ah L-1 ， 库伦效率98.8% ， 活性分子利用率达96.7% ， 而且呈现出了高电压效率（88.7%）和能量效率（87.6%） 。 基于0.1 M AADA的水系液流电池长循环500圈时容量保留率可达99.95%/圈 ， 呈现出优异的循环稳定性 。
中年|余桂华教授团队Angew：偶氮苯类有机分子结构设计助力高容量水系液流电池
本文插图
图4. AADA基水系RFB动态电池性能 。 a) 在电流密度10-60 mA cm-2下AADA为0.1 M时电池的充放电曲线 b)不同AADA浓度时电池的充放电曲线；基于c)0.1M AADA和d)0.5M AADA负极液的RFB在40 mA cm-2下的循环稳定性和库伦效率 。
综上所述 ， 偶氮苯类分子是适用于液流电池的一类新型有机活性小分子 。 通过强亲水性功能基团的修饰、分子结构不对称性调控以及水溶增溶剂助溶等方法 ， 可以大幅提高该类分子在水溶液中的溶解度和稳定性 。 因此 ， 该研究提供了一种制备稳定高容量水系有机活性电解液的普适性方法 ， 为设计构建高性能水系液流电池提供了重要途径 。
文献详情
Molecular engineering of azobenzene-based anolytes towards high-capacity aqueous redox flow batteries
Xihong Zu+, Leyuan Zhang+,Yumin Qian, Changkun Zhang, Guihua Yu.
Angew. Chem. Int. Ed.,2020, DOI: 10.1002/anie.202009279
作者简介

余桂华 ， 美国德克萨斯大学奥斯汀分校材料科学与工程系、机械系终身教授 ， 英国皇家化学学会会士（FRSC）和皇家物理学会会士（FInstP） 。
余桂华教授课题组近些年致力于新型液流电池的研究和设计、新型功能化纳米材料的合理设计和合成等 ， 综合了化学科学、材料科学和能源科学的跨学科研究 ， 取得了开创性研究 ， 在能源、环境和生命科学领域展现重要的技术应用 。 目前已在Science, Nature, Nature Reviews Materials, Nature Materials, Nature Nanotechnology, Nature Communications, Science Advances, PNAS, Chemical Reviews, Chemical Society Reviews, Accounts of Chemical Research, JACS, Angewandte Chemie, Advanced Materials, Energy &amp Environmental Sciences, Chem, Joule, Nano Letters, ACS Nano, Nano Today, Mater. Today等国际著名刊物上发表论文180余篇 ， 论文引用~31,000次 ， H-index~90 。
现任ACS Materials Letters副主编 ， 是近二十个国际著名化学和材料类科学期刊的顾问编委 ， 如Chemical Society Reviews(RSC),ACS Central Science, Chemistry of Materials(ACS),Chem, Cell Reports Physical Science(Cell Press),Nano Research (Springer), Science China-Chemistry, Science China-Materials(ScienceChina Press),Scientific Reports(Nature Publishing),Energy Storage Materials(Elsevier),Energy &amp Environmental Materials(Wiley-VCH) 等 。


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