【儀表網 研發快訊】隨著可再生能源的快速發展，開發低成本、長壽命、高安全的大規模儲能技術成為實現碳中和的關鍵。中性水系有機液流電池(AORFBs)因分子結構可調、環境友好等優勢備受關注。萘酰亞胺(NDI)衍生物憑借其高度的π-π共軛體系和雙電子存儲特性成為理想候選材料，然而循環過程中的側鏈和酰亞胺環易受OH?親核攻擊導致分解，且自由基態分子聚集引發粘度激增，嚴重制約其實際應用。現有NDI材料雖通過親水基團調控提升了溶解度，但仍面臨分子穩定性不足和電池循環壽命短等挑戰。因此，開發兼具高穩定性、低成本的NDI電解質材料是推動AORFBs商業化的核心課題。
 

　　最近，西安交通大學前沿院何剛教授團隊創新性提出了一種離子協同策略，用常壓法合成了一類具有高穩定性的萘二酰亞胺兩性離子衍生物[(CBu)2NDI，(SPr)2NDI，(SPrOH)2NDI]。單晶結構顯示，分子間側鏈的靜電相互作用力致使(CBu)2NDI形成平行交錯的π-π堆疊模式(間距3.45 Å，位移角42.8°)，有效抑制了高活性自由基態下的分子聚集，進而在自由基狀態下保持較高的水溶性。通過核獨立化學位移值[NICS (1)]以及福井函數的計算，證明了陰離子的引入顯著抑制了OH?親核反應導致的電解質材料降解。此外，單點能的計算闡明了支持電解質中K+在電池循環過程中的穩定機制。該策略使(CBu)?NDI的水溶性高達1.49 M，所構筑的電池總電解質成本低至$6.58·Ah?1，在2 M電子濃度下經長時間循環無明顯的容量衰減。這些發現促進了高性能中性水系有機液流電池的發展，并展示了其大規模商業應用的潛力。
 

 

　　該研究成果近期以《協同離子修飾策略提升萘酰亞胺兩性離子的穩定性用于經濟高效的中性水系有機液流電池》(Synergistic ionic modification strategy enhances the stability of naphthalene diimide zwitterions for cost-effective aqueous organic redox flow batteries)為題發表在國際權威期刊《國家科學評論》(National Science Review)上。前沿院張恒博士生為論文第一作者，何剛教授為論文通訊作者，西安交通大學為本論文唯一完成單位。這也是何剛教授課題組在前期萘/苝二酰亞胺基液流電池關鍵電解液材料研究領域中的又一重要突破。
 

　　該工作得到國家自然科學基金、陜西省科技創新指導專項、陜西省創新能力支撐計劃資助，得到西安交通大學分析測試中心的支持和幫助。