بروتوكول لالكهروكيميائية التقييمات والدولة من تهمة تشخيص ومتماثل العضوية الأكسدة والاختزال تدفق البطارية

الأكسدة تدفق بطاريات تخزين الطاقة في الشوارد السائلة الموجودة في الخزانات الخارجية وضخها إلى الأقطاب الداخلية لاستكمال التفاعلات الكهروكيميائية. ومن ثم لا يمكن أن تنفصل الطاقة المخزنة والسلطة مما يؤدي إلى مرونة ممتازة تصميم، والتدرجية، ونمطية. هذه المزايا تجعل بطاريات تدفق مناسبة تماما للتطبيقات تخزين الطاقة الثابتة لدمج الطاقات المتجددة بعد المتقطعة النظيفة، وزيادة استخدام الأصول شبكة والكفاءة، وتحسين مرونة الطاقة والأمن. ^{1، 2، 3} بطاريات تدفق المائية التقليدية تعاني من كثافة الطاقة محدودة، ويرجع ذلك أساسا إلى إطار الجهد ضيق لتجنب التحليل الكهربائي للماء. ^{4، 5، 6، 7، 8} في المقابل، غير aqueويجري تنفيذ الشوارد الأوس بطاريات التدفق على نطاق واسع بسبب إمكانية تحقيق عالية الجهد خلية وارتفاع كثافة الطاقة. ^{9، 10} في هذه الجهود، تم التحقيق مجموعة متنوعة من كيمياء البطارية التدفق، بما في ذلك المجمعات المعادن التنسيق و ^{11 و 12} كل العضوي، ^{13، 14} الأكسدة البوليمرات الفعالة و ¹⁵ و أنظمة تدفق الهجين الليثيوم. ^{16، 17، 18، 19}

ومع ذلك، لم يتم بعد تدلل على قدرات بطاريات تدفق غير المائية بالكامل بسبب الاختناق تقني رئيسي من مظاهرة محدودة في ظل ظروف بطارية ذات الصلة التدفق. ويرتبط هذا عنق الزجاجة بشكل وثيق مع عدد من العوامل التي تحد الأداء. الأول،ذوبان صغيرة من معظم المواد electroactive يؤدي إلى انخفاض الطاقة تسليم كثافة الخلايا التدفق غير المائية. وثانيا، فإن معدل القدرة من البطاريات تدفق غير المائية محدودة إلى حد كبير من قبل عالية اللزوجة المنحل بالكهرباء والمقاومة في تركيزات الأكسدة ذات الصلة. العامل الثالث هو عدم وجود الأغشية عالية الأداء. Nafion وأغشية السيراميك تظهر انخفاض الموصلية الأيونية مع الشوارد غير المائية. وقد أظهرت فواصل مسامية لائق أداء الخلية التدفق، ولكن يعاني كبيرا التفريغ الذاتي بسبب حجم المسام الكبيرة نسبيا. ^{14 و 20} عادة، الشوارد مختلط المتفاعلة تحتوي على كل anolyte والأكسدة كهرل مهبطي المواد: تستخدم (1 1 نسبة) للحد من مواد الأكسدة كروس، ولكن الذي يضحي تركيزات الأكسدة الفعالة، وعادة بمقدار النصف. ^{14، 21} التغلب على عنق الزجاجة المذكور يتطلب تحسينات في الأمأمية الاكتشاف، تصميم الكيمياء البطارية، والهندسة المعمارية خلية تدفق لتحقيق الدراجات بطارية ذات الصلة.

مراقبة حالة البطارية مهم أساسا لعمليات موثوقة. بعيدا عن الظروف الطبيعية بما في ذلك زيادة السعر، وتطور الغاز، وتدهور المواد يمكن أن يسبب الأضرار التي لحقت أداء البطارية وحتى الفشل البطارية. خاصة بالنسبة للبطاريات تدفق أعداد كبيرة من كميات كبيرة من المواد البطارية، وهذه العوامل يمكن أن يسبب مشاكل خطيرة تتعلق بالسلامة وفقدان الاستثمار. الدولة من تهمة (SOC) واصفا عمق تهمة أو تفريغ البطاريات الكهربائية تدفق هي واحدة من المعلمات حالة البطارية أهم. مراقبة SOC في الوقت المناسب يمكن الكشف عن المخاطر المحتملة قبل أن تصل إلى مستويات خطيرة. ومع ذلك، يبدو أن هذه المنطقة لتكون تحت معالجتها حتى الآن، خصوصا في بطاريات تدفق غير المائية. طرق Spectrophotoscopic مثل تم تقييمها فوق البنفسجية مرئية (الأشعة فوق البنفسجية تجاه) القياسات الطيفية والتوصيل بالكهرباء في batte تدفق مائي راي لتقرير شركة نفط الجنوب. ^{22، 23، 24}

وأدخلنا مؤخرا رواية متماثل غير مائي تصميم بطارية التدفق على أساس مادة الأكسدة ambipolar الجديدة، 2-فينيل-4،4،5،5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-أكسيد (PTIO). ²⁵ هذه البطارية تدفق مستقبل واعد للتصدي للتحديات المذكورة أعلاه من البطاريات تدفق غير المائية. أولا، PTIO لديه القابلية للذوبان عالية (2.6 M) في المذيب بطارية من الأسيتونتريل (MeCN) التي واعدة لتمكين ارتفاع كثافة الطاقة. ثانيا، PTIO يسلك اثنين من أزواج الأكسدة عكسها أن يتم فصل معتدل وبالتالي يمكن أن تشكل الكيمياء بطارية متماثل في حد ذاته. لقد أثبتنا أيضا أن ذروة PTIO مميزة في أطياف FTIR يمكن ربط مع تركيز PTIO المتفاعل في الخلية التدفق، الأمر الذي يؤدي إلى الطيفية تقرير لشركة نفط الجنوب، كما عبر التحقق من صحة من خلال النتائج ESR.معشوقة = "XREF"> 26 وهنا نقدم بروتوكول لوضع إجراءات لتقييم الكهروكيميائية والتشخيص SOC أساس FTIR للبطارية تدفق متماثل PTIO. ومن المتوقع أن يؤدي المزيد من الأفكار في الحفاظ على سلامة وموثوقية أثناء عمليات بطارية التدفق على المدى الطويل، وخصوصا في تطبيقات الشبكة في العالم الحقيقي هذا العمل.