氧化还原液流电池（RFB）有希望用于风能和太阳能发电的大规模电化学能量储存技术。由于V2+，V3+和V4+在低温下的不稳定性，传统的水系钒RFBs适合在10°C以上的温度下工作。与水性RFBs相比，非水性RFBs可以提供更低的凝固点和更高的电池电压的电解质，使其适用于寒冷地区。然而，非水有机RFBs仍然面临着有机活性材料的低溶解度，有限的电解质稳定性和循环过程中的容量衰减等问题。最近的研究表明，电解质的不稳定性和容量降低通常由有机活性材料的不稳定性和隔膜的离子选择性差导致。因此，设计具有稳定有机活性材料和高效分离器的非水RFB是至关重要的。
近日，在南开大学陈军院士（通讯作者）课题组的带领下，构建了基于5,10,15,20-四苯基卟啉（H2TPP）的非水有机RFB作为双极性氧化还原活性材料（阳极：[H2TPP]2-/H2TPP，阴极：H2TPP/[H2TPP]2+）和具有高离子电导率的Y型沸石-聚偏二氟乙烯（Y-PVDF）离子选择膜作为隔膜。卟啉作为RFB的活性物质，源于分子环具有良好导电性和可逆氧化/还原稳定性的芳族π共轭大环。而Y-PVDF离子选择膜的分离器保留了H2TPP以及氧化还原产物，并且由于微孔排阻效应，允许ClO4-而不是TBA+运输。所构建的RFB在20?-40°C的温度范围内具有8.72AhL-1的高容量和2.83V的高电压以及出色的循环稳定性（每次循环容量保持率超过99.98％）。相关成果以题为“Porphyrin-BasedSymmetricRedox-FlowBatteriestowardsCold-ClimateEnergyStorage”发表在了Angew.Chem.Int.Ed.上。
图1卟啉H2TPP的氧化还原机理
（a）扫描速率为20mV/s的1mMH2TPP（紫色线）和支持电解质（0.1MTBAP/CH2Cl2）（黑色虚线）的CV图。插图：H2TPP的结构式；
（b）H2TPP电池的氧化还原反应。
图2HOMO-SOMO-LUMO图和H2TPP及其氧
化还原物质的相关能级图
通过HOMO-SOMO-LUMO图表验证了H2TPP的稳定性及其不同的氧化还原态。
图3Y-PVDF离子选择膜的设计原理
（a）显示Y-PVDF离子选择性膜的离子选择性原理的示意图；
（b）Y型沸石的结构；
（c）Y型沸石的HRTEM和SAED图像；
（d）Y-PVDF离子选择性膜的扫描电子显微镜（SEM）图像和相应的能量色散谱（EDS）图。
图4不同温度下对称H2TPPRFBs的电化学性
能表征
（a-d）分别在不同温度(20,0,?20,and?40℃)，1mA/cm2的恒定电流密度下的充电/放电行为；
（e）通过以1mA/cm2的电流密度进行次循环的充电/放电循环来实现电池的长期稳定性。
该团队的研究强调了低温适用的对称RFBs的构建，以实现在寒冷气候条件下的电化学能量储存。具有高稳定性，良好导电性和快速电化学动力学的H2TPP被用作RFB中的双极性氧化还原活性电荷储存分子。采用简单快速的方法制备的低温稳定的H2TPP基悬浮电解液作为阴极液和阳极液，其循环浓度理论能量密度为24.68Wh/L。此外，对称RFB简化了电池设计，并且可以在放电状态下长时间储存，而不会发生电解质降解。这项工作为在寒冷气候条件下进行电化学储能提供了一种有前途的方法。
文献链接：Porphyrin-BasedSymmetricRedox-FlowBatteriestowardsCold-ClimateEnergyStorage（Angew.Chem.Int.Ed.,,DOI:10./ange.）
本文由材料人编辑部学术组木文韬编译供稿，材料牛整理编辑。
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