【2024年成果总结】南京大学金钟教授课题组2024年液流电池重点研究成果总结
南京大学金钟教授课题组 2024年液流电池重点研究成果总结 作者简介 金钟，南京大学化学化工学院教授、博士生导师，现担任南京大学绿色化学与工程研究院执行院长、南京大学天长新材料与能源技术研发中心主任。2003年和2008年先后获得获北京大学化学与分子工程学院材料化学学士和无机化学博士学位。2008-2014年先后在美国莱斯大学（Rice University）化学系及美国麻省理工学院（MIT）化工系进行博士后研究。2014年起任教于南京大学化学化工学院，先后入选了国家海外青年人才计划、国家自然科学基金优秀青年科学基金、国家级领军人才计划。 主要研究领域是能源材料化学及绿色化工技术，包括：清洁能源转换与存储材料的结构设计、绿色化工制备、物化机理研究和器件应用。已在Nature Chem.、Nature Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Adv. Mater.、Matter、PNAS等学术期刊发表SCI论文>270篇，他引>22000次，H因子77，连续四年入选Clarivate全球高被引科学家及Elsevier中国高被引学者，出版《新材料》专著1部，授权及申请发明专利30余项。 荣获了2021年国家自然科学奖二等奖、2018年教育部自然科学奖一等奖、2024年中国化工学会科学技术奖二等奖、2024年中国商业联合会科学技术奖二等奖、2021年江苏省科学技术奖三等奖、2018年江苏省教育教学与研究成果奖二等奖、2017年江苏省首届创新争先奖、2019年科技部创新人才推进计划中青年科技创新领军人才、2017年江苏省双创人才计划（高校创新类）、2016年江苏省“六大人才高峰”高层次人才、2023年英国皇家化学会“地平线奖”、2023年华为公司“火花奖”、2016年入选中国科协“全国大众创业万众创新活动周”核心展区、2020年华为“紫金学者”人才基金、2021年科思奖教金、2018年南京市中青年拔尖人才、2015年南京市领军型科创人才、2024年南京大学育教融合奖、2021年南京大学魅力导师奖、2020年南京大学“励行杯”首届全球校友创新创业大赛总决赛一等奖、2019年南京大学本科优秀毕业论文特等奖指导教师、2017年南京大学首届“双创之星”荣誉称号等奖励和荣誉。 主持了国家高层次人才特殊支持计划科技创新领军人才项目、国家重点研发计划“纳米科技”重点专项项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金、国家自然科学基金国际（中德）合作与交流项目、装备预研教育部联合基金青年人才项目及一般项目、中央JW科技委XXX工程项目、中央JW科技委GF科技创新特区项目、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金、江苏省科技成果转化专项资金、江苏省杰出青年基金等科研项目。 目前担任农工党江苏省中青年工作委员会副主任、江苏省能源研究会常务理事、江苏省化学化工学会理事兼青年工作委员会主任、江苏省材料学会理事、江苏省汽车工程学会动力电池专委会委员、南京大学校友总会新材料行业校友会理事、学术期刊《Frontiers in Chemistry》副主编、《Nanomaterials》、《新能源科技》、《Nano Research》、《Journal of Electrochemistry》、《SmartMat》和《Electron》等多个期刊编委会成员等学术任职。 本文总结了金钟教授课题组2024年度在液流电池领域的相关文章。 文献总结 1、具有水溶性氨基酸侧链的仿生萘醌两性离子衍生物，用于高稳定性液流电池 （点击论文名称查看全文赏析） 水系有机氧化还原液流电池（AORFBs）作为过渡金属离子液流电池的替代品，近年来受到关注。提升有机物种的功能团和修饰位置对于调节氧化还原电位、溶解度和稳定性至关重要。本研究介绍了一种高性能的碱性AORFBs，使用3-(2-氯-1,4-萘醌-3-氨基)丙酸（3-AFNQ），这是一种仿生萘醌两性离子，其在3个位置具有水溶性氨基酸基团。与天然氨基酸类似，3-AFNQ是一种具有不对称电荷分布的两性离子。氨基酸基团与水分子之间的氢键增强了其水溶性。3-AFNQ的合理分子设计有效防止了烯醇–酮互变异构化，确保了作为负极电解液时的高可逆性、良好的氧化还原动力学和稳定性。基于3-AFNQ负极电解液的AORFBs在高浓度下表现出每日0.39%的容量衰减率。这些结果强调了合理分子设计在避免分子降解方面的重要性，并扩展了萘醌衍生物在AORFBs中的潜在应用。 2、通过可逆纳米粒子悬浮溶解策略实现能量密度提升的钒胶体液流电池 钒液流电池（VRFBs）在大规模能源储存中具有巨大潜力，但其性能仍需进一步提升。本研究提出了一种钒胶体液流电池（VCFBs）的设计，将多价钒基胶体悬浮液的氧化还原化学与分散导电剂结合到传统的钒电解液中。该氧化还原活性胶体结合了纳米颗粒悬浮液和溶解电解液的优点，表现出良好的分散性、流动性、导电性、氧化还原可逆性和电化学动力学。通过利用高浓度钒基胶体的可逆溶解/悬浮过程，VCFBs实现了48 Wh L-1的能量密度，几乎是传统VRFBs的两倍。该研究为同类活性材料胶体的合理设计提供了思路，从而提高了水系氧化还原液流电池的能量密度，推动了其在电网规模和可再生能源储存中的应用前景。 3、筛选具有不同水溶性链长的超稳定（吩嗪）二氧链烷酸，用于高容量液流电池 （点击论文名称查看全文赏析） 水系氧化还原液流电池（ARFBs）在大规模能源储存中具有巨大的潜力。近年来，水系液流电池的研究逐渐转向使用具有氧化还原能力的水溶性有机分子，以减少矿物资源的使用。有机化合物的化学和电化学稳定性受到其功能团和反应位点的强烈影响。在这项研究中，提出了一种低成本合成方法，合成了2,3-二羟基苯并噻嗪的O-烷基–羧酸酯功能化衍生物，即苯并噻嗪-(2,3-二烯基)二氧基丁二酸（DBEP）和苯并噻嗪-(2,3-二烯基)二氧基乙酸（DAEP），它们作为负极电解液展现了良好的可逆性和较高的氧化还原动力学。通过一系列综合表征，阐明了DAEP和DBEP的容量衰减机制。与功能化烷基链的蒽醌类似，乙酸修饰的DAEP的主要降解机制是由于侧链的丧失。较长的侧链更稳定，能够承受长期的电化学反应。用丁酸修饰的DBEP表现出优异的化学和电化学稳定性。研究结果表明，合理的分子设计和合适的膜材料，例如基于DBEP负极电解液、钾铁氰化物（K4Fe(CN)6）正极电解液和定制磺化聚醚醚酮（SPEEK）膜的碱性ARFBs，可以在50 mA cm-2的电流密度下，提供1.17 V的高开路电压，并且在超过1000个循环中，容量保持率达到99.997%。本研究强调了不仅要考虑分子修饰位置，还要关注不同侧链对氧化还原核心稳定性的影响，这对可持续的电网规模能源储存应用具有重要意义。 论文列表 [1]Liu, Y., Zhang, P., Wu, Z., Ding, G., Song, X., Ma, J., … & […]