電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）有機液流電池（Organic Flow Battery）是一種以?有機分子?為活性物質(zhì)的氧化還原液流電池。其電解質(zhì)由溶解在有機溶劑中的氧化還原活性有機物構成，通過分子結構的可逆電子轉(zhuǎn)移實現(xiàn)能量存儲與釋放。

相比傳統(tǒng)的液流電池，如全釩、鐵鉻體系等，郵寄液流電池的材料更多樣，其活性物質(zhì)來源廣泛，可通過化學合成定制分子結構，適配不同電壓與能量密度需求。并且避免使用稀有金屬或重金屬，降低資源依賴與環(huán)境風險。

而且水系有機液流電池具有本質(zhì)安全的特點，不存在起火燃燒或爆炸的風險，電解液采用有機合成物質(zhì)溶解在純水中，體系無強酸、無強腐蝕性，不依賴金屬資源，相對而言更加環(huán)保。

并且大多數(shù)有機物能進行2個或多個電子的氧化還原反應，例如蒽醌衍生物，使電池具有高能量密度和庫倫效率（CE）等優(yōu)異電化學性能。更重要的是，有機材料合成路徑靈活，規(guī)?；蟪杀鞠陆悼臻g較大?。

有機液流電池發(fā)展現(xiàn)狀

有機液流電池主要應用于電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)，提供長時間、低成本的能源存儲解決方案。它們可以平衡可再生能源發(fā)電的間歇性，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定供電。此外，有機液流電池還在離網(wǎng)應用中逐漸受到關注，如為偏遠社區(qū)和微電網(wǎng)提供電力。

據(jù)市場研究報告，2023年全球有機液流電池市場規(guī)模為0.39億美元，預計從2024年的0.5億美元增長到2032年的3.78億美元，在2024年至2032年的預測期內(nèi)，復合年增長率為28.86%。

目前中國科學院大連化學物理研究所研究員李先鋒與張長昆團隊設計開發(fā)了不對稱的芘類多電子轉(zhuǎn)移活性分子材料，應用該材料的電池能量密度達到59.6Wh/L_{catholyte}，展現(xiàn)出較好的耐高溫熱穩(wěn)定性。

大連化物所團隊提出了原位電化學氧化合成方法，制備出耐氧性的萘衍生物活性分子，其在液流電池中作為正極活性分子展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，在正極電解液連續(xù)鼓入空氣的條件下仍能夠穩(wěn)定循環(huán)600圈以上。

還有研究人員在母核中引入單個磺酸基團降低分子平面性，增強單體的區(qū)域電荷密度分布及其與水分子間的氫鍵相互作用，提升了電解液的溶解性，穩(wěn)定了中間半醌自由基，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，使電池能量密度達到59.6Wh/L_{catholyte}，且對稱電池及全電池在60℃的高溫下經(jīng)過數(shù)千次循環(huán)無明顯容量衰減。

德國最先開啟水系有機液流電池的商業(yè)化進程，德國jenabatteries gmbh公司（后經(jīng)重組更名為cerq）致力于水系有機液流電池的研發(fā)，并開發(fā)出temptma /甲基紫精全有機系統(tǒng)，可為100mwh以上的大型工業(yè)客戶提供安全且可擴展的存儲解決方案。

2021 年 6 月，國內(nèi)水系有機液流電池公司——宿遷時代儲能科技有限公司成立，其與科研人員共同努力，在液流電池活性物質(zhì)、離子交換膜和電解質(zhì)配方等方面取得了重大突破。

2023 年10月，全球首套兆瓦級水系有機液流電池在宿遷投產(chǎn)，宣告了國內(nèi)首家有機液流儲能電池企業(yè)正式邁入大規(guī)模儲能賽道，為安全高效的調(diào)峰調(diào)頻提供了更多備選方案。該電池采用全集裝箱式設計，便于運輸和快速安裝，電堆直流側能效達85%，電池綜合能效達70%，可以實現(xiàn)20000次深度放電循環(huán)，設計使用壽命20年。

不過，有機液流電池仍然存在一些挑戰(zhàn)，例如，對正極材料而言，TEMPO衍生物比其他分子具有更高的電位，但面臨開環(huán)和歧化還原的副反應，穩(wěn)定性有待提升，需要合理的設計策略來優(yōu)化其結構、抑制降解過程。

對負極材料而言，聯(lián)吡啶衍生物使用中性NaCl，比強酸、堿性的蒽醌體系更環(huán)保，但存在二聚及歧化的副反應，通過優(yōu)雅的設計策略穩(wěn)定化聯(lián)吡啶自由基十分重要，且其兩步的兩電子還原過程使電池管理復雜化，盡管使用共軛擴展策略實現(xiàn)了一步兩電子，但其內(nèi)在原理仍不明晰，缺乏理論指導。

小結

有機液流電池憑借?環(huán)保性、低成本潛力與材料創(chuàng)新空間?，成為液流電池技術多元發(fā)展的重要方向?。盡管當前受限于能量密度與穩(wěn)定性，但其在長時儲能與分布式能源中的應用前景廣闊，未來隨技術突破與規(guī)?；a(chǎn)，有望在儲能市場中占據(jù)差異化競爭地位。?

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