潜力巨大的有机液流电池

电子发烧友网报道（文/黄山明）有机液流电池（Organic Flow Battery）是一种以‌有机分子‌为活性物质的氧化还原液流电池。其电解质由溶解在有机溶剂中的氧化还原活性有机物构成，通过分子结构的可逆电子转移实现能量存储与释放。

相比传统的液流电池，如全钒、铁铬体系等，邮寄液流电池的材料更多样，其活性物质来源广泛，可通过化学合成定制分子结构，适配不同电压与能量密度需求。并且避免使用稀有金属或重金属，降低资源依赖与环境风险。

而且水系有机液流电池具有本质安全的特点，不存在起火燃烧或爆炸的风险，电解液采用有机合成物质溶解在纯水中，体系无强酸、无强腐蚀性，不依赖金属资源，相对而言更加环保。

并且大多数有机物能进行2个或多个电子的氧化还原反应，例如蒽醌衍生物，使电池具有高能量密度和库伦效率（CE）等优异电化学性能。更重要的是，有机材料合成路径灵活，规模化后成本下降空间较大‌。

有机液流电池发展现状

有机液流电池主要应用于电网规模储能系统，提供长时间、低成本的能源存储解决方案。它们可以平衡可再生能源发电的间歇性，确保电网的稳定供电。此外，有机液流电池还在离网应用中逐渐受到关注，如为偏远社区和微电网提供电力。

据市场研究报告，2023年全球有机液流电池市场规模为0.39亿美元，预计从2024年的0.5亿美元增长到2032年的3.78亿美元，在2024年至2032年的预测期内，复合年增长率为28.86%。

目前中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋与张长昆团队设计开发了不对称的芘类多电子转移活性分子材料，应用该材料的电池能量密度达到59.6Wh/L_{catholyte}，展现出较好的耐高温热稳定性。

大连化物所团队提出了原位电化学氧化合成方法，制备出耐氧性的萘衍生物活性分子，其在液流电池中作为正极活性分子展现出良好的稳定性，在正极电解液连续鼓入空气的条件下仍能够稳定循环600圈以上。

还有研究人员在母核中引入单个磺酸基团降低分子平面性，增强单体的区域电荷密度分布及其与水分子间的氢键相互作用，提升了电解液的溶解性，稳定了中间半醌自由基，表现出优异的稳定性，使电池能量密度达到59.6Wh/L_{catholyte}，且对称电池及全电池在60℃的高温下经过数千次循环无明显容量衰减。

德国最先开启水系有机液流电池的商业化进程，德国jenabatteries gmbh公司（后经重组更名为cerq）致力于水系有机液流电池的研发，并开发出temptma /甲基紫精全有机系统，可为100mwh以上的大型工业客户提供安全且可扩展的存储解决方案。

2021 年 6 月，国内水系有机液流电池公司——宿迁时代储能科技有限公司成立，其与科研人员共同努力，在液流电池活性物质、离子交换膜和电解质配方等方面取得了重大突破。

2023 年10月，全球首套兆瓦级水系有机液流电池在宿迁投产，宣告了国内首家有机液流储能电池企业正式迈入大规模储能赛道，为安全高效的调峰调频提供了更多备选方案。该电池采用全集装箱式设计，便于运输和快速安装，电堆直流侧能效达85%，电池综合能效达70%，可以实现20000次深度放电循环，设计使用寿命20年。

不过，有机液流电池仍然存在一些挑战，例如，对正极材料而言，TEMPO衍生物比其他分子具有更高的电位，但面临开环和歧化还原的副反应，稳定性有待提升，需要合理的设计策略来优化其结构、抑制降解过程。

对负极材料而言，联吡啶衍生物使用中性NaCl，比强酸、碱性的蒽醌体系更环保，但存在二聚及歧化的副反应，通过优雅的设计策略稳定化联吡啶自由基十分重要，且其两步的两电子还原过程使电池管理复杂化，尽管使用共轭扩展策略实现了一步两电子，但其内在原理仍不明晰，缺乏理论指导。

小结

有机液流电池凭借‌环保性、低成本潜力与材料创新空间‌，成为液流电池技术多元发展的重要方向‌。尽管当前受限于能量密度与稳定性，但其在长时储能与分布式能源中的应用前景广阔，未来随技术突破与规模化生产，有望在储能市场中占据差异化竞争地位。‌

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