Four-Electron-Transferred Pyrene-4,5,9,10-tetraone Derivatives Enabled High-Energy-Density Aqueous Organic Flow Batteries

化学 芘 水溶液 能量密度 流量(数学) 化学工程 有机化学 工程物理 机械 物理 工程类
作者
Guangxu Ge,Cuicui Mu,Yonggang Wang,Changkun Zhang,Xianfeng Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (6): 4790-4799 被引量:36
标识
DOI:10.1021/jacs.4c12506
摘要

Multielectron-transferred molecules hold great potential to enhance the energy density and reduce the cost for aqueous organic flow batteries (AOFBs). However, the extended conjugated units required for increasing redox-active sites and stabilizing the multielectron reaction always decrease the molecular polarity, limiting the solubility in the electrolyte. Herein, we presented an asymmetrical pyrene-4,5,9,10-tetraone-1-sulfonate (PTO–PTS) monomer which not only could reversibly store four electrons but also exhibited a high theoretical electron concentration of 4.0 M and the strongly heat-resistant intermediate semiquinone free radical. As a result, PTO–PTS-based AOFBs demonstrated a high energy density of 59.6 Wh L catholyte –1 (89 Ah L –1 ) with an ultrastable capacity retention of nearly 100% for above 5200 cycles (60 days). Moreover, the heat-stable PTO–PTS structure further enabled both symmetric and full cells to achieve remarkable cycling durability for over a thousand cycles at 60 °C. The outstanding cell performance and high thermal stability suggest its promising application in large-scale energy storage.
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