近日，中国科学院山西煤炭化学研究所张国营研究员团队在水系有机液流电池（AORFBs）活性分子的理性设计与构效关系研究方面取得重要进展。相关成果分别以“Symmetry-driven isotropic hydration suppresses degradation of anthraquinone positional isomers in aqueous organic flow batteries via dipole cancellation”和“Insights into thiadiazole bridge in neutral aqueous organic flow batteries”为题，发表于国际权威期刊《Nano Research Energy》（IF=22.6）与《Journal of Energy Storage》（IF=10.7）。基于上述基础研究成果，团队已成功研制并建成一套千瓦级（KW）水系有机液流混合储能原型系统。

进展一：对称性巧筑各向同性水合壳层，大幅提升蒽醌水系有机电池寿命

蒽醌类负极分子常面临水溶性低、可逆性差和能量密度受限等问题。为此，团队设计合成了一系列偶极矩从25.4 D到0.0004 D的蒽醌衍生物。其中，高度对称的1,5-二氨基蒽醌（15AQS）能在水中自发形成致密、各向同性的水合壳层，显著抑制副反应和分子降解。使用15AQS组装的水系有机液流电池，在0.5 M浓度条件下，容量衰减率仅0.00018%每循环，比1,4-、2,6-和2,7-取代衍生物低100倍；峰值功率密度达342 mW cm⁻²。

进展二：噻二唑桥联紫精p-π与π-π共轭效应提升中性液流电池稳定性

紫精用作中性水系有机液流电池负极电解质时，存在循环稳定性差、溶解度低和可逆性不足等问题。团队设计合成了一种噻二唑桥联紫精分子。该分子通过噻二唑单元扩展共轭结构，并利用其氮原子孤对电子形成分子间氢键，在中性AORFBs中展现出良好的溶解性、低电位（−0.79 V）以及优异的电化学可逆性。由于其独特的分子结构，0.5 M该电解质在100 mA cm⁻²下经过1000次循环后，容量衰减率为每循环0.00014%。DFT计算、分子动力学模拟和机理分析表明：噻二唑桥、扩展共轭与氢键协同抑制了自由基阳离子的自二聚和降解，显著提升了稳定性与可逆性。

进展三：千瓦级水系有机液流混合储能系统成功研制并投入运行  

团队围绕碱性与中性两类典型AORFBs体系开展协同攻关，突破传统局限于官能团修饰的分子设计范式，创新性地将调控维度延伸至分子–溶剂相互作用机制与共轭桥键电子结构层面，据此分别开发出适用于碱性介质的蒽醌衍生物和适用于中性介质的噻二唑桥联紫精两类高性能活性分子。基于上述研究成果，团队已建成一套额定功率为KW级的水系有机液流混合储能工程化测试系统，并完成长循环稳定性验证，为该技术的规模化应用与产业化落地提供了关键实验支撑。

原文链接：

研究一：https://doi.org/10.26599/NRE.2026.9120268

研究二：https://doi.org/10.1016/j.est.2026.124982