Zusammenfassung: TEMPO ist eine weit verbreitete Katholyte für wässrige organische Redox-Flow-Batterien (AORFBs), leidet jedoch unter protonbedingtem Ringöffnungsabbau, wenn seine Löslichkeit durch hydrophile Substitution an der 4-Position erhöht wird, was zu strukturellem Versagen und schnellem Kapazitätsverlust führt. Um dieses Problem anzugehen, wurden fünf TEMPO-Derivate durch eine N-Acetylamino-Brücken- und Stickstoff-haltige Heterocyclen-Transferstrategie synthetisiert. Kombinierte Analysen unter Verwendung von atomdipolmoment-korrigierten Hirshfeld (ADCH)-Ladungen, Fukui-Funktionen und Linear-Ionenfallen-Massenspektrometrie (LTQ-XL) zeigen, dass die funktionelle Aromatisierung von Heterocyclen eine günstige Ladungsumverteilung während des Redoxzyklings ermöglicht, was sowohl die Redoxkinetik als auch die molekulare Stabilität verbessert. Insbesondere zeigt dimethylaminopyridin-funktionalisierte TEMPO (DMA-TEMPO) eine verbesserte π-Konjugation und Basizität, die die protongetriebene Ringöffnung unterdrückt und die strukturelle Widerstandsfähigkeit erheblich verbessert. 1 M DMA-TEMPO-Katholyte zeigt eine außergewöhnliche Zyklusleistung und behält 99,98 % ihrer Kapazität nach 560 Zyklen bei, während das 2 M-System 97 % der Kapazität über 100 Zyklen aufrechterhält. Im Vergleich zu ihrem strukturellen Analogon 1 M PA-TEMPO ist die Lebensdauer um das 18-fache verbessert. Diese Studie bietet eine robuste molekulare Entwurfsstrategie zur Entwicklung protonresistenter Katholyten und fördert den praktischen Einsatz langlebiger AORFBs für die energieeinspeicherung im Netzmaßstab.
Zhao et al. (Sun) haben diese Frage untersucht.