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水性有機氧化還原液流電池（AORFB）是一種新興技術，用于采用可持續材料原料的防火安全電網儲能系統。然而，設計具有所需溶解度、粘度、滲透性、形式電位、動力學和穩定性的有機氧化還原分子，同時保持合成可擴展性是一項挑戰。

在此，威斯康星大學麥迪遜分校（UW-Madison）馮大衛教授、Li Wenjie團隊展示了一種簡單的一步法水熱法合成對稱和不對稱紫精類化合物，并闡明了基本的結構-性質關系，以指導有機電解液的合理設計。具體而言，該工作通過水熱法成功合成了67種紫精化合物。每種物質都經過實驗表征，以揭示由結構變化引起的物理和電化學性質擾動。

最終，該工作展示了新型紫精負極酸酯Dex-DiOH-Vi的循環性能且具有創紀錄的體積容量（67 Ah L^?1）。這種具有 2.5 m Dex-DiOH-Vi 的負極電解液限制AORFB 在使用 2.5 m TEMPO 正極電解液連續循環 14 天后沒有表現出明顯的衰減。

圖1. 對稱（藍色）和不對稱（紅色）紫精的理化性質

總之，該項工作成功引入一種新的水熱合成方法，該方法對水溶性紫精類化合物具有普遍適用性，在一步反應中直接生產出對稱和不對稱結構的紫精類化合物。該工作研究設計的Dex-DiOH-Vi負極電解液，在AORFB循環中使用14 d時沒有明顯的容量衰減，負極電解液理論體積容量為67 Ah L^?1。因此，該工作對理想的AORFB電解質進行分子工程設計以實現安全，可持續和可靠的長期電網儲能開辟了新的道路。

圖2. 室溫下純水中 5 mL 2.5 m Dex-DiOH-Vi 負極電解液和 5.5 mL 2.5 m MMA-TEMPO 正極電解液的 AORFB 循環數據

Viologen Hydrothermal Synthesis and Structure-Property Relationships for Redox Flow Battery Optimization, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202203919

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?AEM：紫精水熱合成和結構-性能關系用于優化氧化還原液流電池

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