Чтобы создать экономичную проточную батарею с окислительно-восстановительным потенциалом, исследователи из Южно-Китайского технологического университета синтезировали молекулярное соединение, которое служит недорогим электролитом, обеспечивая стабильную проточную батарею, сохраняющую емкость 99,98% за цикл.
Состоящая из двух резервуаров с противоположными жидкими электролитами, батарея перекачивает положительную и отрицательную жидкости через мембранный сепаратор, зажатый между электродами, облегчая ионный обмен для производства энергии.
«Водные проточные окислительно-восстановительные батареи могут обеспечивать стабильную электрическую мощность при использовании нестабильной солнечной и ветровой энергии, и они были признаны многообещающей крупномасштабной технологией хранения энергии» , — сказал Лян, профессор лаборатории технологии топливных элементов Южно-Китайского технологического университета.. «Электроактивные органические свойства изобилия элементов, низкая стоимость и гибкий молекулярный контроль над электрохимическими характеристиками как положительных, так и отрицательных электролитов считаются ключевыми для разработки проточных окислительно-восстановительных батарей следующего поколения».
Лян и его команда сосредоточились на TEMPO, химическом соединении с легко меняющимися степенями окисления и высоким потенциалом энергии.
«Тем не менее, TEMPO не может быть непосредственно применен к водным проточным батареям окислительно-восстановительного потенциала из-за высокой гидрофобности молекулярного скелета», — сказал Лян, объясняя, что TEMPO, оставленный неизмененным, не будет растворяться в жидкости, необходимой для облегчения обмена энергией в проточных батареях. . «Мы разработали стратегию функционализации TEMPO с помощью виологена, органического соединения, которое имеет обратимые окислительно-восстановительные реакции, для улучшения гидрофильности TEMPO».
По словам Ляна, виологен хорошо растворяется в воде, что увеличивает способность TEMPO растворяться в воде. Виологен также химически отнимает электроны от атомных партнеров, что увеличивает его способность изменять его окислительное состояние. Виологен также является солью, которая придает TEMPO то, что Лян называет «приличной проводимостью» в водном растворе.
Когда синтезированный TEMPO, модифицированный виологеном, был протестирован в проточной батарее, исследователи обнаружили, что батарея сохраняет емкость 99,98% за цикл, что означает, что батарея может удерживать почти всю накопленную энергию, когда она не используется.
«Эта работа преодолевает недостатки TEMPO за счет виологен-функционализации и реализует его применение в водных батареях с окислительно-восстановительным потоком», — сказал Лян. «Концепция молекулярного дизайна обеспечивает стратегию для новых органических электроактивных материалов и закладывает основу для применения водно-органических потоков. батарей».
Дополнительная информация: Шужи Ху и др., TEMPO с декором Viologen для нейтральных водных и органических проточных окислительно-восстановительных батарей, Energy Material Advances (2021). DOI: 10.34133 / 2021/9795237
Иллюстрация: Южно-Китайский технологический университет
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК