電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）有機液流電池（Organic Flow Battery）是一種以?有機分子?為活性物質(zhì)的氧化還原液流電池。其電解質(zhì)由溶解在有機溶劑中的氧化還原活性有機物構(gòu)成，通過分子結(jié)構(gòu)的可逆電子轉(zhuǎn)移實現(xiàn)能量存儲與釋放。

相比傳統(tǒng)的液流電池，如全釩、鐵鉻體系等，郵寄液流電池的材料更多樣，其活性物質(zhì)來源廣泛，可通過化學(xué)合成定制分子結(jié)構(gòu)，適配不同電壓與能量密度需求。并且避免使用稀有金屬或重金屬，降低資源依賴與環(huán)境風險。

而且水系有機液流電池具有本質(zhì)安全的特點，不存在起火燃燒或爆炸的風險，電解液采用有機合成物質(zhì)溶解在純水中，體系無強酸、無強腐蝕性，不依賴金屬資源，相對而言更加環(huán)保。

并且大多數(shù)有機物能進行2個或多個電子的氧化還原反應(yīng)，例如蒽醌衍生物，使電池具有高能量密度和庫倫效率（CE）等優(yōu)異電化學(xué)性能。更重要的是，有機材料合成路徑靈活，規(guī)?；蟪杀鞠陆悼臻g較大?。

有機液流電池發(fā)展現(xiàn)狀

有機液流電池主要應(yīng)用于電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)，提供長時間、低成本的能源存儲解決方案。它們可以平衡可再生能源發(fā)電的間歇性，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定供電。此外，有機液流電池還在離網(wǎng)應(yīng)用中逐漸受到關(guān)注，如為偏遠社區(qū)和微電網(wǎng)提供電力。

據(jù)市場研究報告，2023年全球有機液流電池市場規(guī)模為0.39億美元，預(yù)計從2024年的0.5億美元增長到2032年的3.78億美元，在2024年至2032年的預(yù)測期內(nèi)，復(fù)合年增長率為28.86%。

目前中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員李先鋒與張長昆團隊設(shè)計開發(fā)了不對稱的芘類多電子轉(zhuǎn)移活性分子材料，應(yīng)用該材料的電池能量密度達到59.6Wh/L_{catholyte}，展現(xiàn)出較好的耐高溫熱穩(wěn)定性。

大連化物所團隊提出了原位電化學(xué)氧化合成方法，制備出耐氧性的萘衍生物活性分子，其在液流電池中作為正極活性分子展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，在正極電解液連續(xù)鼓入空氣的條件下仍能夠穩(wěn)定循環(huán)600圈以上。

還有研究人員在母核中引入單個磺酸基團降低分子平面性，增強單體的區(qū)域電荷密度分布及其與水分子間的氫鍵相互作用，提升了電解液的溶解性，穩(wěn)定了中間半醌自由基，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，使電池能量密度達到59.6Wh/L_{catholyte}，且對稱電池及全電池在60℃的高溫下經(jīng)過數(shù)千次循環(huán)無明顯容量衰減。

德國最先開啟水系有機液流電池的商業(yè)化進程，德國jenabatteries gmbh公司（后經(jīng)重組更名為cerq）致力于水系有機液流電池的研發(fā)，并開發(fā)出temptma /甲基紫精全有機系統(tǒng)，可為100mwh以上的大型工業(yè)客戶提供安全且可擴展的存儲解決方案。

2021 年 6 月，國內(nèi)水系有機液流電池公司——宿遷時代儲能科技有限公司成立，其與科研人員共同努力，在液流電池活性物質(zhì)、離子交換膜和電解質(zhì)配方等方面取得了重大突破。

2023 年10月，全球首套兆瓦級水系有機液流電池在宿遷投產(chǎn)，宣告了國內(nèi)首家有機液流儲能電池企業(yè)正式邁入大規(guī)模儲能賽道，為安全高效的調(diào)峰調(diào)頻提供了更多備選方案。該電池采用全集裝箱式設(shè)計，便于運輸和快速安裝，電堆直流側(cè)能效達85%，電池綜合能效達70%，可以實現(xiàn)20000次深度放電循環(huán)，設(shè)計使用壽命20年。

不過，有機液流電池仍然存在一些挑戰(zhàn)，例如，對正極材料而言，TEMPO衍生物比其他分子具有更高的電位，但面臨開環(huán)和歧化還原的副反應(yīng)，穩(wěn)定性有待提升，需要合理的設(shè)計策略來優(yōu)化其結(jié)構(gòu)、抑制降解過程。

對負極材料而言，聯(lián)吡啶衍生物使用中性NaCl，比強酸、堿性的蒽醌體系更環(huán)保，但存在二聚及歧化的副反應(yīng)，通過優(yōu)雅的設(shè)計策略穩(wěn)定化聯(lián)吡啶自由基十分重要，且其兩步的兩電子還原過程使電池管理復(fù)雜化，盡管使用共軛擴展策略實現(xiàn)了一步兩電子，但其內(nèi)在原理仍不明晰，缺乏理論指導(dǎo)。

小結(jié)

有機液流電池憑借?環(huán)保性、低成本潛力與材料創(chuàng)新空間?，成為液流電池技術(shù)多元發(fā)展的重要方向?。盡管當前受限于能量密度與穩(wěn)定性，但其在長時儲能與分布式能源中的應(yīng)用前景廣闊，未來隨技術(shù)突破與規(guī)模化生產(chǎn)，有望在儲能市場中占據(jù)差異化競爭地位。?

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