近日，大连化物所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员、张长昆研究员团队联合长春应化所李胜海研究员在水系有机液流电池研究方面取得新进展。合作团队提出了原位电化学氧化合成方法，制备出耐氧性的萘衍生物，其在液流电池中作为正极活性分子展现出良好的稳定性（图一）。研究发现，在正极电解液连续鼓入空气的条件下，该电池仍能够稳定循环600圈（超过20天）以上，证明了萘衍生物正极活性分子具有优异的空气稳定性。基于此，团队实现千克级分子制备，并成功将其应用于电堆测试。该研究有望为低成本、高稳定液流电池活性分子的结构设计及合成方法优化提供新思路，有助于将水系有机液流电池规模化和实用化。

图一 水系有机液流电池结构示意图

该工作利用能源研究技术平台（DNL20）的400M核磁共振谱仪（NMR）结合自主研发的液体样品流动相检测装置（图二），在水系有机液流电池充放电条件下对电解液中的萘衍生物活性分子进行了原位¹HNMR表征，对不同化学环境的氢物种进行追踪分析（图三）。结果表明，在电化学氧化阶段，萘衍生物羟基对位侧的苄胺官能团离去，并与水反应氧化生成萘醌，进一步与水加成生成多取代的萘醌活性分子。原位¹HNMR揭示充放电过程中萘原位电化学反应机理，证明了萘酚前驱体原位电氧化生成萘型活性分子并在液流电池中进行持续的氧化还原反应。

本工作使用的原位NMR流动相检测装置（图二）是将常规的5mm核磁管上部进行了扩径处理，对顶部帽子开孔后，插入常规口径的塑料软管便能实现进出液流动功能，蠕动泵用于流动相流速控制。本装置无需对现有NMR谱仪和探头进行结构改造，便于对反应条件和NMR实验参数进行调整和优化。液流电池体系自身存在的双循环结构使其非常适合应用于本原位NMR流动相检测装置。

图二 液流电池原位NMR检测装置示意图

图三 原位NMR技术对有机活性分子进行结构表征a)电池充放电曲线b)原位¹HNMR谱图c)活性分子结构式

相关工作以“Air-stable naphthalene derivative-based electrolytes for sustainable aqueous flow batteries”为题，于近日发表在《自然-可持续》（Nature Sustainability）上。该成果的共同第一作者为大连化物所DNL17联合培养博士研究生赵子铭（已毕业）和李天宇副研究员。上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁滨海实验室和中国科学院战略性A类先导专项“基于高比例可再生能源的储能关键技术与示范”等项目的支持。

平台已故艾选军副研究员在此项工作中提供了深入的原位NMR技术指导和谱图解析工作。谨此向艾选军副研究员表示深切缅怀！