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徐銅文/楊正金/李先鋒AFM: 用于中性水系有機(jī)氧化還原液流電池的有機(jī)電解液

氧化還原活性有機(jī)分子是水系有機(jī)氧化還原液流電池（AORFB）的關(guān)鍵組成部分，因?yàn)樗鼈兊男再|(zhì)（包括但不限于溶解性、氧化還原電位和穩(wěn)定性）與電池性能（容量、電壓、能量密度、壽命等）直接相關(guān)。

在此，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(duì)pH中性AORFB的有機(jī)氧化還原化合物的功能導(dǎo)向分子工程的最新進(jìn)展?？偠灾?，通?？梢酝ㄟ^(guò)連接水溶性取代基/官能團(tuán)、誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱以產(chǎn)生優(yōu)先溶劑化和增加分子極性來(lái)提高溶解度。

此外，作者也總結(jié)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(dǎo)原則是吸電子基團(tuán)正向移動(dòng)氧化還原電位，而供電子基團(tuán)使氧化還原電位更負(fù)。請(qǐng)注意，溶液組成也可能影響氧化還原行為，尤其是當(dāng)質(zhì)子參與電子轉(zhuǎn)移過(guò)程時(shí)。

對(duì)于在接近中性pH值下運(yùn)行的 AORFBs，可能涉及質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，溶液pH值會(huì)發(fā)生振蕩，導(dǎo)致更復(fù)雜的氧化還原行為。關(guān)于循環(huán)壽命，常見的策略主要包括擴(kuò)大結(jié)構(gòu)共軛、阻斷敏感位點(diǎn)以及加強(qiáng)電荷排斥或尺寸排阻。

圖1. 典型RFB示意圖、電池分類和相應(yīng)優(yōu)勢(shì)

最后，作者提出了用于AORFB的氧化還原活性有機(jī)分子的挑戰(zhàn)和未來(lái)方向：

（1）必須描述分解機(jī)制并量化它們對(duì)容量衰減的貢獻(xiàn)；

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

（3）在中性pH下用單個(gè)分子實(shí)現(xiàn)多電子存儲(chǔ)（超過(guò)2e^–）仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)；

（4）中性系統(tǒng)的功率密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于酸性或堿性AORFB，探索競(jìng)爭(zhēng)性氧化還原對(duì)是必不可少的。

圖2. 報(bào)道的用于AORFB的聚合物和雙極電解質(zhì)

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

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/12/63b74ee67c/

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