Biomimetic Naphthoquinone Zwitterion Derivative with Water-Solubilizing Amino Acid Side Chain for High-Stability Aqueous Redox Flow Batteries

两性离子 侧链 水溶液 化学 氧化还原 萘醌 衍生工具(金融) 有机化学 聚合物 分子 金融经济学 经济
作者
Yuzhu Liu,Pengbo Zhang,Zuoao Wu,Guochun Ding,Xinmei Song,Jing Ma,Wei Wang,Xizhang Wang,Zhong Jin
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (2): 586-593 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c02530
摘要

Aqueous organic redox flow batteries (AORFBs) have gained attention as an alternative to transition metal ion-based flow batteries. Upgrading the functional groups and modification positions is crucial to regulating the redox potential, solubility, and stability of organic species. Herein, we introduce high-performance alkaline AORFBs using 3-(2-chloro-1,4-naphthoquinon-3-ylamino)propanoic acid (3-AFNQ), a biomimetic naphthoquinone zwitterion with a water-solubilizing amino acid group at the 3-position. Similar to natural amino acids, 3-AFNQ is a zwitterion with an asymmetric charge distribution. The hydrogen bonds between the amino acid group and water molecules enhance the aqueous solubility. The rational molecular design of 3-AFNQ prevents enol–ketone tautomerization, ensuring high reversibility, good redox kinetics, and stability when it is used as a negolyte. The AORFBs based on 3-AFNQ negolyte exhibit a 0.39% capacity fade rate per day at high concentration. These results underscore the significance of rational molecular design in avoiding molecular degradation and expanding naphthoquinone derivatives' potential applications in AORFBs.
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