化学学报 ›› 2025, Vol. 83 ›› Issue (8): 895-916.DOI: 10.6023/A25030069 上一篇 下一篇
综述
投稿日期:2025-03-07
发布日期:2025-03-27
通讯作者:
王盼
作者简介:![]() |
李国宝, 博士, 国科大杭州高等研究院化学与材料科学院博士后, 2022年毕业于德累斯顿工业大学化学系, 获得理学博士学位, 师从Prof. Bernd Plieker. 主要研究方向为有机合成化学与水系有机液流电池储能材料的开发. |
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刘睿卿, 国科大杭州高等研究院化学与材料科学院2023级硕士研究生, 研究方向为水系有机液流电池储能材料和电化学碳捕集. |
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季云龙, 博士, 国科大杭州高等研究院化学与材料科学院, 研究员. 2010年本科毕业于中南大学, 2015年博士毕业于中国科学院上海有机化学研究所, 2015~2019年先后在美国亚利桑那州立大学和哈佛大学进行博士后研究, 2020~2021年在浙江理工大学工作. 2021年至今在国科大杭州高等研究院工作, 主要研究水系有机液流电池与电化学碳捕集. |
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王盼, 博士, 西湖大学理学院特聘研究员. 2015年获中国科学院上海有机化学研究所博士学位, 2016年至2019年在麻省理工学院MIT从事博士后研究. 2019年11月加入西湖大学. 王盼实验室聚焦于有机合成化学、能源化学和材料化学交叉领域, 致力于设计和发展新材料、探索其功能性应用. |
★ “中国青年化学家”专辑.
基金资助:
Guobao Lia,b, Ruiqing Liua, Yunlong Jia, Pan Wangb,*(
)
Received:2025-03-07
Published:2025-03-27
Contact:
Pan Wang
About author:★ For the VSI “Rising Stars in Chemistry”.
Supported by:文章分享
水系有机液流电池作为一种高效、安全、性能可调的大规模储能技术, 近年来受到广泛关注. 本综述总结了水系有机液流电池正极材料的研究进展, 重点探讨了不同类型的有机正极材料, 如二茂铁及其衍生物、铁氰化物及其他铁基配合物、氮氧自由基衍生物、醌类化合物、吩噻嗪衍生物等材料的结构特性、电化学性能与电池表现. 研究表明, 通过分子设计与功能化, 有机活性分子的氧化还原电位、溶解度和稳定性均得到显著提升, 从而优化了电池整体性能. 尽管该领域取得了显著进展, 水系有机液流电池正极材料在电池长时循环稳定性、能量密度提升和成本控制等方面仍存在诸多挑战, 亟待进一步研究解决.
李国宝, 刘睿卿, 季云龙, 王盼. 水系有机液流电池正极储能材料研究进展★[J]. 化学学报, 2025, 83(8): 895-916.
Guobao Li, Ruiqing Liu, Yunlong Ji, Pan Wang. Research Progress in Positive Redox-active Materials for Aqueous Organic Redox Flow Batteries★[J]. Acta Chimica Sinica, 2025, 83(8): 895-916.
| 年份 | 正极 | 负极 | 电压/V | 功率密度/ (mW•cm−2) | 能量效率/% | 容量密度/ (Ah•L−1) | 循环圈数/ 时间/d | 容量衰减率 每圈/每天/% | Ref. | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2017 | | | 1.05 | 125 | 72 | 18.8 | 500/NA | 0.04/NA | [ | ||||||||||
| 2017 | | | 0.75 | 60 | 80 | 34.8 | 500/14 | 0.057/0.1 | [ | ||||||||||
| 2020 | | Zn | 1.20 | NA | 83.3 | 40.2 | 1000/NA | 0.0025/NA | [ | ||||||||||
| 2020 | | | 1.10 | NA | 80 | 8 | 100/NA | NA/NA | [ | ||||||||||
| 2020 | | | 0.66 | 20.24 | 60 | 42 | 400/32 | NA/0.168 | [ | ||||||||||
| 2021 | | ZnBr2 | 1.60 | NA | 83.2 | NA | 100/NA | 0.0745/NA | [ | ||||||||||
| 2022 | | | 1.13 | 252.7 | 70 | 26.8 | 2000/53.5 | 0/0 | [ |
| 年份 | 正极 | 负极 | 电压/V | 功率密度/ (mW•cm−2) | 能量效率/% | 容量密度/ (Ah•L−1) | 循环圈数/ 时间/d | 容量衰减率 每圈/每天/% | Ref. | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2017 | | | 1.05 | 125 | 72 | 18.8 | 500/NA | 0.04/NA | [ | ||||||||||
| 2017 | | | 0.75 | 60 | 80 | 34.8 | 500/14 | 0.057/0.1 | [ | ||||||||||
| 2020 | | Zn | 1.20 | NA | 83.3 | 40.2 | 1000/NA | 0.0025/NA | [ | ||||||||||
| 2020 | | | 1.10 | NA | 80 | 8 | 100/NA | NA/NA | [ | ||||||||||
| 2020 | | | 0.66 | 20.24 | 60 | 42 | 400/32 | NA/0.168 | [ | ||||||||||
| 2021 | | ZnBr2 | 1.60 | NA | 83.2 | NA | 100/NA | 0.0745/NA | [ | ||||||||||
| 2022 | | | 1.13 | 252.7 | 70 | 26.8 | 2000/53.5 | 0/0 | [ |
| 年份 | 正极 | 负极 | 电压/V | 功率密度/ (mW•cm−2) | 能量效率/% | 容量密度/ (Ah•L−1) | 循环圈数/ 时间/d | 容量衰减率 每圈/每天/% | Ref. | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2019 | | | 0.82 | 100 | 62.6 | 24.1 | 1000/45.8 | 0/0 | [ | |
| 2020 | | | 1.40 | 110 | 75.7 | NA | 215/NA | 0.06/NA | [ | |
| 2021 | | K2S2 | 0.97 | 213.9 | 80.97 | 42.9 | 1500/30 | 0.002/NA | [ | |
| 2021 | | | 1.20 | NA | 70 | 26.8 | 6000/200 | 0.008/0.25 | [ | |
| 2022 | | | 1.30 | 120 | 80 | 2.6 | 2700/25 | 0.0007/0.07 | [ | |
| 2023 | | | 1.19 | 116 | 60 | 15.2 | NA/10.5 | NA/0.28 | [ | |
| 2024 | | Zn | 1.44 | NA | 86.09 | 61.64 | 400/24 | 0.0056/0.09 | [ | |
| 年份 | 正极 | 负极 | 电压/V | 功率密度/ (mW•cm−2) | 能量效率/% | 容量密度/ (Ah•L−1) | 循环圈数/ 时间/d | 容量衰减率 每圈/每天/% | Ref. | |
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| 2019 | | | 0.82 | 100 | 62.6 | 24.1 | 1000/45.8 | 0/0 | [ | |
| 2020 | | | 1.40 | 110 | 75.7 | NA | 215/NA | 0.06/NA | [ | |
| 2021 | | K2S2 | 0.97 | 213.9 | 80.97 | 42.9 | 1500/30 | 0.002/NA | [ | |
| 2021 | | | 1.20 | NA | 70 | 26.8 | 6000/200 | 0.008/0.25 | [ | |
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| 2023 | | | 1.19 | 116 | 60 | 15.2 | NA/10.5 | NA/0.28 | [ | |
| 2024 | | Zn | 1.44 | NA | 86.09 | 61.64 | 400/24 | 0.0056/0.09 | [ | |
| 年份 | 正极 | 负极 | 电压/V | 功率密度/ (mW•cm−2) | 能量效率/% | 容量密度/ (Ah•L−1) | 循环圈数/ 时间/d | 容量衰减率 每圈/每天/% | Ref. | ||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2015 | | | 1.25 | NA | 61.5 | 56.3 | 100/NA | 0.11/NA | [ | ||||||||||||||||||||
| 2015 | | | 1.10 | NA | 80 | 10 | 10000/NA | NA/NA | [ | ||||||||||||||||||||
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| 2019 | | | 1.19 | 134 | 86 | 123.8 | 1000/NA | 0.007/NA | [ | ||||||||||||||||||||
| 2019 | | Zn | 1.64 | NA | 98.2 | NA | 400/NA | 0.55/NA | [ | ||||||||||||||||||||
| 2021 | | | 1.19 | NA | 64 | 67 | 400/NA | 0.06/NA | [ | ||||||||||||||||||||
| 2021 | | | 1.30 | NA | 70.6 | 37.6 | 100/NA | NA/NA | [ | ||||||||||||||||||||
| 2021 | | | 1.31 | NA | 78.5 | NA | 500/NA | 0.04/NA | [ | ||||||||||||||||||||
| 2022 | | | 1.35 | 114 | 70.3 | 80.4 | 400/NA | 0/NA | [ | ||||||||||||||||||||
| 2022 | | | 1.57 | 317 | 84 | 89.8 | 1000/14 | 0.05/3.47 | [ | ||||||||||||||||||||
| 2022 | | | 1.61 | 509 | 80 | 53.6 | 1200/16 | 0.021/0.7 | [ | ||||||||||||||||||||
| 2022 | | Zn | 1.71 | 186.7 | 65.5 | 40.2 | 120/16.7 | 0.0069/0.05 | [ | ||||||||||||||||||||
| 2023 | | | 1.22 | 325 | 86.1 | 101 | 400/96 | 0/0 | [ | ||||||||||||||||||||
| 2025 | | | 1.12 | 135 | 82 | 61.6 | 300/NA | 0.0018/NA | [ | ||||||||||||||||||||
| 2025 | | | 1.32 | 196 | 74.6 | 56 | 200/NA | 0.04/0.48 | [ |
| 年份 | 正极 | 负极 | 电压/V | 功率密度/ (mW•cm−2) | 能量效率/% | 容量密度/ (Ah•L−1) | 循环圈数/ 时间/d | 容量衰减率 每圈/每天/% | Ref. | ||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2015 | | | 1.25 | NA | 61.5 | 56.3 | 100/NA | 0.11/NA | [ | ||||||||||||||||||||
| 2015 | | | 1.10 | NA | 80 | 10 | 10000/NA | NA/NA | [ | ||||||||||||||||||||
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| 2022 | | Zn | 1.71 | 186.7 | 65.5 | 40.2 | 120/16.7 | 0.0069/0.05 | [ | ||||||||||||||||||||
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| 2025 | | | 1.12 | 135 | 82 | 61.6 | 300/NA | 0.0018/NA | [ | ||||||||||||||||||||
| 2025 | | | 1.32 | 196 | 74.6 | 56 | 200/NA | 0.04/0.48 | [ |
| 年份 | 正极 | 负极 | 电压/V | 功率密度/ (mW•cm−2) | 能量效率/% | 容量密度/ (Ah•L−1) | 循环圈数/ 时间/d | 容量衰减率 每圈/每天/% | Ref. | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2016 | | | 0.76 | NA | 70 | NA | 100/NA | NA | [ | ||||||||||
| 2019 | | Zn | 1.99 | NA | 70.2 | 5.36 | 50/NA | 0.08/2.22 | [ | ||||||||||
| 2019 | | V(II) | 1.12 | NA | 76 | 71 | 50/NA | 0.074/0.76 | [ | ||||||||||
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| 年份 | 正极 | 负极 | 电压/V | 功率密度/ (mW•cm−2) | 能量效率/% | 容量密度/ (Ah•L−1) | 循环圈数/ 时间/d | 容量衰减率 每圈/每天/% | Ref. | ||||||||||
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| 2016 | | | 0.76 | NA | 70 | NA | 100/NA | NA | [ | ||||||||||
| 2019 | | Zn | 1.99 | NA | 70.2 | 5.36 | 50/NA | 0.08/2.22 | [ | ||||||||||
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