Aqueous redox flow batteries (ARFBs) are promising long-duration energy storage systems but struggle with low-energy density due to the inherent properties of liquid electrolytes. Herein, we report a [Fe(CN)₆]^3−/4−-LiMn_xFe_{1 − x}PO₄/Zn flow battery utilizing redox-targeting (RT) electrochemical-chemical loop, exhibiting an outstanding energy density of 118.3 Wh L⁻¹, surpassing blank RFB by 5.6 times. Remarkably, the RT reaction between redox mediator [Fe(CN)₆]^3−/4− and solid energy booster LiMn_xFe_{1 − x}PO₄ is directionally regulated, clearly revealing the quantitative relation between capacity enhancement and potential difference. Moreover, unprecedented Coulombic efficiency (99.9%), solid booster utilization (78.4%), and capacity retention (99.8% per cycle) are achieved at 10 mA cm⁻². Intriguingly, operando synchrotron X-ray absorption spectroscopy unveils the reversible changes of the Fe–O and Fe–Fe bonds in the [Fe(CN)₆]^3−/4−-LiMn_xFe_{1 − x}PO₄ RT system during real-time monitoring. This work suggests an appealing way for capacity enhancement in ARFBs and provides profound insight into the fundamental chemistry of the RT reaction in safe, energy-dense batteries.

中文翻译：

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中性锌铁液流电池中单分子氧化还原靶向反应的定向调控


水系氧化还原液流电池 （ARFB） 是很有前途的长寿命储能系统，但由于液体电解质的固有特性，它难以实现低能量密度。在此，我们报道了一种利用氧化还原靶向 （RT） 电化学回路的 [Fe（CN）₆]^3−/4−-LiMn_xFe_{1 − x}PO₄/Zn 液流电池，表现出 118.3 Wh ^L-1 的出色能量密度，比空白 RFB 高出 5.6 倍。值得注意的是，氧化还原介质 [Fe（CN）₆]^3−/4− 和固体能量增强剂 LiMn_xFe_{1 − x}PO₄ 之间的 RT 反应是定向调节的，清楚地揭示了容量增强与电位差之间的定量关系。此外，在 10 mA ^cm-2 时实现了前所未有的库仑效率 （99.9%）、固体助推器利用率 （78.4%） 和容量保持率（每个周期 99.8%）。有趣的是，原位同步加速器 X 射线吸收光谱揭示了实时监测期间 [Fe（CN）₆]^3−/4−-LiMn_xFe_{1 − x}PO₄ RT 系统中 Fe-O 和 Fe-Fe 键的可逆变化。这项工作提出了一种提高 ARFB 容量的有吸引力的方法，并为安全、能量密集的电池中 RT 反应的基本化学提供了深刻的见解。