仿生氨基酸功能化吩嗪改善水系有機液流電池穩定性

近年來儲能技術的快速發展極大提高了可再生能源的利用率，使得以風電光伏為代表的可再生能源發電系統的成本快速降低，對減少化石能源使用、減少碳排放量提供了有效途徑。作為再生能源儲能明日之星，水系液流電池可以將電能轉化為化學能進行儲存，安全性高，非常適合大型儲能系統的應用。

近日，浙江理工大學理學院化學系季云龍博士以通訊作者在國際權威期刊《德國應用化學（Angew. Chem. Int. Ed.）》發表封面文章《Biomimetic Amino Acid Functionalized Phenazine Flow Batteries with Long Lifetime at Near‐Neutral pH》（Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， DOI： 10.1002/anie.202014610）。

該研究主要發展了新型仿生設計水溶性吩嗪類化合物，應用于水系有機液流電池體系并展現出優異的穩定性。氨基酸作為蛋白質的基本單元，是正常代謝、維持生命的基礎物質，通過折疊組裝構成蛋白質特定的分子結構，賦予其生物活性。研究人員創新地使用了自然界來源廣泛的氨基酸作為功能化基團，通過簡單的一步偶聯反應，合成了一系列具有雙電子轉移中心的水溶性吩嗪類衍生物（AFP）。利用氨基酸的給電子特性，降低其氧化還原電勢，拓寬液流電池的工作電壓范圍；利用氨基酸的天然水溶性特點，進一步提高液流電池的能量密度。

該研究報道的水系液流電池在長時間的恒壓充放循環過程中表現優異，具有極低的容量衰減（0.000002%每圈， 0.0015%每天），意味著該類液流電池體系在長時間充放電的狀態下，僅表現出每年0.5%的衰減，在水系儲能系統中具有強大的應用價值。該研究結果預示了氨基酸功能修飾的吩嗪化合物在水系有機液流電池中巨大的應用潛力。該研究提供了一種新型高穩定性水系有機分子結構骨架設計策略，為進一步設計構建高性能水系液流電池提供了重要理論依據。

季云龍博士2015年畢業于中科院上海有機化學研究所，先后在美國亞利桑那州立大學，哈佛大學從事博士后研究。2019年11月加入我校理學院化學系，致力于發展新型有機能源儲存與轉換材料并研究其器件的應用。

責任編輯：PSY