突破性水相有機液流電池：芘四酮衍生物實現高效穩定儲能

水相有機液流電池（AOFBs）因其安全性高、使用天然豐富且可合成調控的有機氧化還原活性分子（ORAMs），在再生能源整合與電網儲能領域展現出巨大潛力。然而，低能量密度、高濃度下穩定性差以及合成成本高等問題，阻礙了其商業化程序。開發兼具高能量密度與超穩定迴圈效能的ORAMs，對於推動固定式儲能解決方案至關重要。

增加ORAMs中的電子轉移數量，可以在相同濃度下提升能量密度並降低電解質成本。然而，多電子轉移的ORAMs往往面臨穩定性與溶解度的「取捨」問題。在《美國化學會期刊》發表的一項研究中，由中國科學院大連化學物理研究所（DICP）的李先鋒教授與張昌坤教授領導的研究團隊，開發了一種高水溶性的芘四酮衍生物，大幅提升了AOFBs的能量密度，同時保持了高溫穩定性。

研究人員透過耦合氧化-磺化反應，設計了一種不對稱的芘-4,5,9,10-四酮-1-磺酸鹽（PTO-PTS）單體。這種創新的單體可逆地儲存四個電子，提供高達4.0 M的理論電子濃度，並具有超穩定的中間體半醌自由基。當應用於AOFBs時，該單體實現了約90 Ah/L的超高體積容量，且在空氣中經過5,200次迴圈後，仍保持近100%的容量，展現出大規模儲能的巨大潛力。

此外，研究人員發現，芘四酮核心的延伸共軛結構透過烯醇化互變異構促進了可逆的四電子轉移。在核心引入單一磺酸基團降低了分子平面性，增強了區域電荷密度與水分子的氫鍵作用，從而提高了在水相電解質中的溶解度。同時，該單體透過共軛結構的有效離域與氧化還原過程中的有序π-π堆積，穩定了中間體半醌自由基，使其在空氣與高溫下表現出卓越的穩定性。

採用芘四酮衍生物的AOFBs實現了60 Wh/L的能量密度。無論是對稱電池還是全電池，在60°C下經過數千次迴圈後，均未出現明顯的容量衰減，顯示出良好的迴圈穩定性（約1,500小時）以及在廣泛溫度範圍（10至60°C）內的優異效能。