近日，西安交通大学前沿科学技术研究院何刚教授团队在中性水系有机液流电池研究领域取得进展，提出“侧链对称性破缺”分子设计新策略，成功研制出兼具高溶解度与超长循环稳定性的萘二酰亚胺类负极电解质材料，为构建高安全、低成本、可规模化的新型储能技术提供了重要支撑。
　可再生能源要由“配角”走向“主力”，离不开大规模储能技术的“保驾护航”。中性水系有机液流电池以水为溶剂、以有机分子为电荷载体，具有本征安全、环境友好、成本低等优势，被视为极具潜力的长时储能方案。然而，长期以来，电解液在高浓度下易出现分子聚集、循环寿命短、反应动力学缓慢等“卡脖子”问题，严重制约其实际应用。
　针对这一难题，何刚教授团队另辟蹊径，采用“一锅法”高效合成了一系列侧链不对称修饰的萘二酰亚胺分子。其中，代号为diol-dex-NDI的材料表现尤为突出：在水溶液中溶解度高达1.82摩尔/升，为设计高能量密度电池奠定了材料基础。
　何刚教授团队通过密度泛函理论计算和分子动力学模拟发现，侧链不对称设计打破了分子原有的对称结构，使其优先采取动态的反平行π-π堆积模式。这种特殊的堆积方式像给分子穿上了“防抱团”外衣，在增强热力学稳定性的同时，有效抑制了有害的分子聚集行为。
　更为重要的是，研究用原位拉曼光谱捕捉到了电子转移过程中水合壳层的动态演变规律，证实该材料的去溶剂化能垒较对称结构分子降低35%，相当于为电荷转移“减负提速”。同时，分子与电极界面间的π-π及偶极相互作用显著增强了吸附能力，让电子“跑得更快”；而经过强化的关键C-N键，则从化学本质上提升了材料抵抗电化学降解的能力，让材料“活得更久”。
　在实实在在的电池测试中，基于1.0摩尔/升diol-dex-NDI与MiAcNH-TEMPO配对组装的中性水系有机液流电池，在连续循环620次后，容量未见明显衰减，展现出优异的实用化前景。
　该研究从分子层面精准设计出发，成功实现了分子π-π堆积方式、水溶性、反应动力学和化学稳定性的协同优化，为破解水系有机液流电池高浓度与长循环稳定性难以兼得的矛盾提供了全新思路，也为我国新型储能技术的自主创新和产业落地注入了强劲动力。

　（记者 　姚旺）