A Multielectron and High‐Potential Spirobifluorene‐based Posolyte for Aqueous Redox Flow Batteries

氧化还原 水溶液 化学 光化学 化学工程 无机化学 纳米技术 材料科学 有机化学 工程类
作者
Shuai Pang,Lu Li,Yunlong Ji,Pan Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:136 (42)
标识
DOI:10.1002/ange.202410226
摘要

Abstract The rising energy demand driven by human activity has posed pressing challenges in embracing renewable energy, necessitating advances in energy storage technologies to maximize their utilization efficiency. Recent studies in aqueous organic redox flow batteries have focused primarily on the development of organic negative electrolytes, while the progress in organic positive electrolytes remains constrained by limitations in their redox potentials and effective electron concentrations. Herein, we report a spatially twisted chlorinated spirobifluorene ammonium salts (CSFAs), created through an unexpected green chlorination‐protection pathway during the initial cycling in the flow battery cell, utilizing chloride ions from counterions in aqueous solution. The chlorinated, nonplanar spiral structure of CSFAs possesses a one‐step four‐electron transfer electrochemical property and offers exceptional resistance to nucleophilic attacks, exhibiting an unprecedented redox potential as high as 1.05 V (vs. SHE). A full redox flow battery based on CSFA‐Cl (chloride ions as the counter ions) with 1.4 M electron concentration achieved an average coulombic efficiency exceeding 99.4 % and a capacity utilization reaching 95 % of the four‐electron capacity for a stable cycling over 250 cycles (~22 days). The present work exemplifies the use of side reactions to develop new redox species, which can be extended to create more structurally versatile energy storage materials.
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