Un protocolo para la electroquímicos Las evaluaciones y estado de carga de diagnóstico de una batería redox de flujo simétrico Orgánica

Redox fluya baterías almacenan la energía en electrolitos líquidos que están contenidos en depósitos externos y se bombean a los electrodos internos para completar las reacciones electroquímicas. La energía y la energía almacenada de este modo pueden desacoplarse conduce a excelente flexibilidad de diseño, la escalabilidad y modularidad. Estas ventajas hacen de baterías de flujo muy adecuados para aplicaciones de almacenamiento de energía estacionarias para la integración de las energías renovables aún intermitente limpia, lo que aumenta la utilización de activos de la red y la eficiencia, y mejorar la capacidad de recuperación de energía y la seguridad. ^{1, 2, 3} baterías de flujo acuosas tradicionales sufren de densidad de energía limitada, debido principalmente a la ventana de tensión estrecha para evitar la electrólisis del agua. ^{4, 5, 6, 7, 8} Por el contrario, no aqueelectrolitos OU baterías de flujo basados ​​están siendo ampliamente perseguidos debido al potencial para el logro de voltaje de la célula de alto y alta densidad de energía. ^{9, 10} En estos esfuerzos, una variedad de químicas de la batería de flujo han sido investigados, incluyendo complejos de coordinación de metal, ^{11, 12} completamente orgánico, ^{13, 14} polímeros activos redox, ¹⁵ y sistemas de flujo híbrido de litio. ^{16, 17, 18, 19}

Sin embargo, el potencial de las baterías de flujo no acuosos aún no se ha demostrado plenamente debido a la gran cuello de botella de la técnica de demostración limitada en condiciones de baterías de flujo correspondiente. Este cuello de botella está estrechamente asociado con una serie de factores que limitan el rendimiento. Primero,la pequeña solubilidad de la mayoría de materiales electroactivos conduce a la entrega de baja densidad de energía en las células de flujo no acuosos. En segundo lugar, la capacidad de velocidad de baterías de flujo no acuoso es en gran medida limitado por la alta viscosidad del electrolito y resistividad a concentraciones redox pertinentes. El tercer factor es la falta de membranas de alto rendimiento. Nafion y membranas cerámicas muestran conductividad iónica baja con electrolitos no acuosos. separadores porosos han demostrado un rendimiento celda de flujo decente, pero sufren una considerable auto-descarga debido al tamaño relativamente grande de los poros. ^{14, 20} Típicamente, electrolitos mezclado-reactivo que contiene ambos materiales de anolito y catolito redox (relación 1: 1) se utilizan para reducir los materiales redox de cruce, que sin embargo sacrifica las concentraciones eficaces redox, típicamente por medio. ^{14, 21} Superar el cuello de botella anterior reclama mejoras en matermate- descubrimiento, diseño de la química de la batería, y la arquitectura celda de flujo para lograr el ciclismo batería correspondiente.

supervisión del estado de la batería es esencialmente importante para un funcionamiento fiable. Fuera de las condiciones normales incluyendo cargo excesivo, el desprendimiento de gas, y la degradación del material puede causar daños al rendimiento de la batería e incluso fallo de la batería. Especialmente para las baterías de flujo a gran escala que involucran grandes cantidades de materiales de la batería, estos factores pueden causar graves problemas de seguridad y la pérdida de la inversión. Estado de la carga (SOC) que describe la profundidad de la carga o descarga de baterías de flujo es uno de los parámetros de estado de la batería más importantes. monitoreo SOC oportuna puede detectar riesgos potenciales antes de que alcancen niveles de amenaza. Sin embargo, esta zona parece estar bajo su dirección hasta el momento, especialmente en baterías de flujo no acuosos. métodos Spectrophotoscopic tales como ultravioleta-visible (UV-VIS) medidas de espectroscopia y conductividad del electrolito se han evaluado en batte flujo acuoso ria para la determinación del SOC. ^{22, 23, 24}

Recientemente hemos introducido un nuevo diseño de la batería de flujo no acuoso simétrica sobre la base de un nuevo material redox ambipolar, 2-fenil-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxi-3-óxido (OITP). ²⁵ Esta batería de flujo mantiene la promesa para hacer frente a los retos antes mencionados de baterías de flujo no acuosos. En primer lugar, PTIO tiene una alta solubilidad (2,6 M) en el disolvente de la batería de acetonitrilo (MeCN) que es prometedor para permitir una alta densidad de energía. En segundo lugar, OITP exhibe dos pares redox reversibles que están moderadamente separados y por lo tanto puede formar una química de la batería simétrica por sí mismo. También hemos demostrado que un pico PTIO distinguibles en los espectros FTIR se puede correlacionar con la concentración de PTIO sin reaccionar en la celda de flujo, que conduce a espectroscópico determinación de la SOC, como transversal validado por los resultados de ESR.lass = "xref"> 26 A continuación se presenta un protocolo para elaborar procedimientos para las evaluaciones electroquímicas y diagnósticos basados SOC-FTIR de la batería de flujo simétrico OITP. Este trabajo se espera para desencadenar más penetraciones en el mantenimiento de la seguridad y fiabilidad de la batería durante las operaciones de flujo a largo plazo, especialmente en aplicaciones de redes del mundo real.