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氧化還原活性有機分子是水系有機氧化還原液流電池（AORFB）的關鍵組成部分，因為它們的性質（包括但不限于溶解性、氧化還原電位和穩定性）與電池性能（容量、電壓、能量密度、壽命等）直接相關。

在此，中國科學技術大學徐銅文教授、楊正金教授及中科院大連化物所李先鋒研究員等人概括了針對pH中性AORFB的有機氧化還原化合物的功能導向分子工程的最新進展。總而言之，通常可以通過連接水溶性取代基/官能團、誘導結構不對稱以產生優先溶劑化和增加分子極性來提高溶解度。

此外，作者也總結了分子工程以外的方法，如助水劑和深共熔溶劑。至于氧化還原電位，一般的指導原則是吸電子基團正向移動氧化還原電位，而供電子基團使氧化還原電位更負。請注意，溶液組成也可能影響氧化還原行為，尤其是當質子參與電子轉移過程時。

對于在接近中性pH值下運行的 AORFBs，可能涉及質子轉移反應，溶液pH值會發生振蕩，導致更復雜的氧化還原行為。關于循環壽命，常見的策略主要包括擴大結構共軛、阻斷敏感位點以及加強電荷排斥或尺寸排阻。

圖1. 典型RFB示意圖、電池分類和相應優勢

最后，作者提出了用于AORFB的氧化還原活性有機分子的挑戰和未來方向：

（1）必須描述分解機制并量化它們對容量衰減的貢獻；

（2）為了避免高粘度，當前的電池在遠低于溶解度極限的濃度下運行。因此，AORFBs的能量密度仍然不如傳統的金屬基RFBs；

（3）在中性pH下用單個分子實現多電子存儲（超過2e^–）仍然是一項艱巨的挑戰；

（4）中性系統的功率密度遠遠落后于酸性或堿性AORFB，探索競爭性氧化還原對是必不可少的。

圖2. 報道的用于AORFB的聚合物和雙極電解質

Organic Electrolytes for pH-Neutral Aqueous Organic Redox Flow Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202108777

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