近日，西安交通大学材料科学与工程学院宋江选教授团队围绕液流电池核心电解质分子的稳定性调控，开展了一系列创新性研究并取得重要突破。研究成果分别发表在国际期刊《电科学与能源科学》（eScience）和《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。

在“双碳”战略目标的推动下，以风能、太阳能为代表的可再生清洁能源快速发展，将在我国未来能源结构中占据核心地位。然而，此类能源受自然条件制约，具有显著的波动性和间歇性，严重制约了其在电力系统中的大规模接入与稳定运行。

针对高电位吡咯啉环氮氧自由基分子在循环过程中容易发生脱氮氧开环、活性位失效问题，团队创新性地引入主客体化学调控策略，构建了具有“分子铠甲”特征的新型稳定结构。研究通过将吡咯啉氮氧自由基分子封装于水溶性环糊精的疏水腔体中，构筑了N-O官能团朝向腔底的空间构型。该结构显著抑制了Lewis碱等亲核试剂对吡咯啉环氢位点的攻击，从而有效阻断了自由基开环副反应。电化学测试充分验证了“分子铠甲”策略在提高分子稳定性方面的显著效果与广泛适用性。

 研究成果实现从实验室到工程化跨越，在多地开展兆瓦级储能示范应用。西安交通大学供图

团队进一步突破哌啶环氮氧自由基分子取代基传统线型结构设计的局限，开发出一类支链型双季铵盐取代的分子，利用分子支链引发的空间排斥效应显著提升电解质稳定性与氧化还原性能。该分子通过双正离子中心引导分子间静电斥力与空间位阻，显著抑制了亲核攻击及不良反应路径，在高浓度运行条件下展现出卓越电化学性能。此外，团队还联合北京化工大学教授孔端阳，将研究体系从水系全有机拓展至锌/氮氧自由基复合体系，成功构建兼具高面容量与长寿命的水系复合液流电池系统。

基于上述研究成果，团队积极推进“产学研用金”一体化成果转化进程。依托核心电解质分子调控研制的关键技术，团队与宿迁时代储能科技有限公司、中国华能集团有限公司、中国长江三峡集团有限公司、国家管网集团储能技术公司以及等多家央企及行业龙头企业开展深入合作，围绕水系有机液流电池关键技术联合攻关与应用落地。

目前，已在内蒙古、福建等地联合建设兆瓦级新型水系有机液流电池储能示范项目，初步构建起从材料设计、体系集成到工程化应用的完整技术链条，为我国清洁能源大规模储能系统提供了可复制、可推广的技术解决方案。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.esci.2023.100202

                        https://doi.org/10.1002/anie.202504932