丁煜课题组继全周期耐氧有机液流电池之后（Nat Commun., 2025, 16, 10338），在该领域进一步取得进展，提出了“电子-空间协同效应调控”的有机活性分子设计理念，近日发表于Science Advances，并入选该期官网专题展示亮点文章。该研究为同时提升有机液流电池的能量密度与循环寿命提供了新的分子设计范式。
水系有机液流电池凭借其本征安全与分子结构可调等优势，被视为长时储能的关键技术。然而，活性物质溶解度低、氧化态分子易发生副反应，长期制约其能量密度与循环寿命。针对这一挑战，研究团队提出“电子-空间协同效应”的设计原则：通过调节活性位点电子密度提升副反应能垒，同时利用极性基团优化溶剂化分布、抑制分子聚集，实现溶解度与稳定性的协同增强。
图1基于电子-空间协同效应的分子设计
借助循环伏安法与理论计算，系统筛选了官能团修饰对活性分子的性能影响，揭示了电子效应与空间效应的协同作用机制。综合运用原位红外光谱、紫外-可见光谱等抗干扰、非侵入式表征手段，并辅以密度泛函理论计算与分子动力学模拟，团队实时追踪了分子在氧化还原过程中的结构演化，明晰了降解路径的关键能垒。
图2 光谱分析和副反应理论计算
基于该原则构建的全有机液流电池，展现出优异的循环稳定性与宽温域适应性。进一步的全生命周期分析表明，该体系在全生命周期内具有较低的环境足迹，展现出良好的绿色可持续潜力。
图3 有机液流电池全生命周期分析
该工作系统揭示了有机活性分子的设计原则，为高性能、长寿命、环境友好的水系有机液流电池提供了可推广的分子工程框架。相关研究以“Long-cycling organic flow batteries enabled by electronic-spatial synergistic modulation”为题，在Science Advances上在线发表。太阳成tycgb丁煜副教授、上海理工大学崔铭锦教授与同济大学杨孟昊教授为论文通讯作者，太阳成tycgb2024级博士生汪涛为第一作者。以上研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金等项目的资助，同时也得到了固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心的支持，以及太阳成tycgb科研设施共享中心在表征方面的支持。
文章链接：www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee5328
