RFB電池的主要優點在于，它在本質上將發電和儲能獨立進行：只有在提供電解液時，電化學電池才會產生電能，而系統的能量則存儲在液體電解質中。

此外，它由天然豐度高的元素組成，十分具有成本效益。

醌類分子由于其充當有機RFB的陽極電解液底物的潛質而引起了人們的興趣。Zhao與同事開發了一種RFB電池，該電池使用濃度為10 mM的2,6-二羥基蒽醌（DHAQ），并通過在線EPR和NMR設置，對它展開了研究（見圖2）。在電化學電池循環過程中，可以觀察到，當電壓增加至超過1.15 V時，來自DHAQ的芳香質子A和B（見圖3）的NMR信號開始消失。

同時，EPR譜圖在超過1.15 V閾值之前，未顯示出信號，而超過該閾值后可以觀察到一個屬于DHAQ³-•自由基陰離子的自由基物種信號。隨著電壓的增加，該自由基信號強度也有所增加。充電至1.6 V的截止電壓后，EPR信號開始減弱，同時出現了一組新的質子NMR信號峰，它歸屬為兩倍還原后形成的DHAQ?-陰離子（A”和B”）。當電池放電時，該過程是可逆的，在EPR譜圖中，自由基重新形成和消失，來自于A和B的質子共振信號重新出現。

圖5：DHAQ?-的¹H NMR譜圖隨時間的變化，以及通過EPR的數據得到的相應自由基濃度。

電池循環過程中生成的自由基含量可以通過兩種方法測得：在NMR中觀測到的來自于水共振的體磁化率變化，以及利用EPR數據進行的自旋計數。

在圖4中，可以看到使用兩種方法測得的自由基濃度結果在電池循環過程中的一致性。接著，在更高的濃度（100和200 mM）下進行試驗，同樣發現這兩種技術取得了類似的結果。同時還觀察到，隨著陽極電解液濃度的變化，自由基濃度也有所不同，這表明除了DHAQ³-•自由基陰離子的形成過程還存在其他類型的反應平衡。DHAQ³-•和DHAQ?-之間的電子轉移速率通過EPR測得，即使在較高的充電狀態下，也可以可靠地檢測自由基物種的濃度。在NMR譜圖中，可以觀察到，A’’和B’’的質子共振峰的線寬隨著自由基濃度的降低而減?。ㄒ妶D5）。EPR和NMR分析揭示了平均電子轉移速率約為2.0 x 10? M-¹ s-¹。

通過¹H NMR譜圖，可以觀察到DHAQ²-的芳香質子A和B的化學位移，隨著電池循環，這些化學位移逐漸消失，與EPR譜圖中自由基物種DHAQ³-•的出現一致。在最高電壓下，EPR譜峰減弱，新的¹H峰出現，對應于DHAQ?-。這個過程在放電時是可逆的¹。

自由基物種的EPR自旋定量分析可以通過NMR譜圖中水的體磁化率變化加以驗證，這展示了兩種方法之間的良好一致性¹ ，并顯示了將EPR與NMR相結合，在追蹤研究電池循環過程中多物種形成方面的高效性。

EPR能夠在高電壓下，可靠地檢測DHAQ³-•（分解過程經常發生），并能夠計算從DHAQ³-•到DHAQ?-的電子轉移速率，這為我們了解電池內部的氧化還原機制提供了洞見¹。

EPR和NMR作為強大的有機RFB分析和表征組合工具，還可以用于研究有機RFB常見的降解問題²。同樣的原理也適用于許多其他類型的電池。

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1. Zhao, E. et al., J. Amer. Chem. Soc., (2021), 143(4), 1885-1895)

2. Museveni, S. K. et al., Mat. Sci. for Ener. Tech., (2023), 6, 561-566.