液流电池具有能量密度和功率密度独立可调节，储能规模大，安全，寿命长等突出优势，是最有前景的大规模储能设备之一。然而，目前液流电池的适用温度通常高于10 °C，不可用于寒冷地区的能源储存，且存在能量密度低，正、负极电解液易发生交叉污染等问题。因此，构建高能量密度，高循环稳定性的液流电池，并实现其在低温环境下的能源存储，对寒冷地区可再生能源的利用具有重要意义。
针对上述问题，陈军院士课题组以四苯基卟啉（H2TPP）作为正、负极活性材料，四丁基高氯酸铵的二氯甲烷溶液作为支持电解质，Y-Zeolite-PVDF离子选择性膜作为隔膜，构建了可在20～−40 °C的温度范围内工作的H2TPP对称液流电池。H2TPP可发生两电子的氧化和还原反应，分别生成阴离子自由基，二阴离子和阳离子自由基，二阳离子，构建的H2TPP对称液流电池的电压可达2.83V。DFT计算证明H2TPP具有良好的稳定性和导电性，通过制备H2TPP悬浮电解质溶液，电池的能量密度可达8.72 Ah/L。同时，根据H2TPP分子与支持电解质正、负离子大小的差异，基于孔径筛分原理设计并制备了高离子电导率，高离子选择性的Y- Zeolite-PVDF离子选择性隔膜，使得H2TPP液流电池具有优异的循环稳定性，容量保持率/圈超过99.98%。
该工作为实现液流电池在寒冷地区的能量存储提供了一种可能性。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 130, 3212-3216.
先进能源材料化学教育部重点实验室（南开大学）
Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education (Nankai University)