電気化学的評価と対称型有機レドックスフロー電池の充電診断の状態のためのプロトコル

レドックス外部リザーバ内に含まれ、電気化学反応を完了するために、内部電極にポンピングされる液体電解質の電池に貯蔵エネルギーを流します。蓄積されたエネルギーとパワーは、このように優れた設計の柔軟性、拡張性、およびモジュール性につながる切り離すことができます。これらの利点は、フロー電池は、クリーンまだ断続的な再生可能エネルギーを積分グリッドアセットの利用率と効率を増加させ、エネルギーの回復力とセキュリティを向上させるための静止エネルギー貯蔵用途に適してい行います。 ^1、2、3伝統的な水性フロー電池は、水の電気分解を回避するために主に起因する狭い電圧ウィンドウに、限られたエネルギー密度に苦しみます。 ^{4、5、6、7、8}は対照的に、非aqueフロー電池ベースのOU電解質は広くが高いため、セル電圧および高エネルギー密度を達成するための可能性を追求されています。 ^{図9は 、}これらの努力は^10、フロー電池の化学的性質の様々な金属配位錯体を含む^、11、12全有機^、13、14レドックス活性ポリマー¹⁵およびリチウムハイブリッドフローシステムが検討されています。 ^{16、17、18、19}

しかしながら、非水性フロー電池の電位がまだ完全に起因フロー電池関連の条件下で制限された実演の主要な技術的なボトルネックに実証されなければなりません。このボトルネックは密接に性能を制限する多くの要因に関連しています。最初、ほとんどの電気活性物質の小さな溶解度は、非水性のフローセルにより、低エネルギー密度の送達につながります。第二に、非水性フロー電池の速度性能は、主に関連する酸化還元濃度で高い電解質の粘度及び抵抗によって制限されます。第三の要因は、高性能膜の欠如です。ナフィオンとセラミック膜は、非水性電解質を有する低イオン伝導率を示します。多孔質セパレータは、まともなフローセルの性能を実証したが、なぜなら、比較的大きい細孔径のかなりの自己放電を受けています。 ^14、20は通常、陽極液および陰極液の酸化還元物質の両方を含有する混合反応体電解質（1：1の比率）は、典型的には半分に、しかし効果的なレドックス濃度を犠牲酸化還元物質のクロスオーバーを減少させるために使用されます。上記のボトルネックを克服する^{14、21は、}母校の改善を必要としますIALS発見、電池の化学的性質の設計、およびフローセルアーキテクチャは、電池関連の循環を達成します。

バッテリの状態監視は、信頼性の高い動作のため、本質的に重要です。オフ通常の過充電、ガスの発生、および材料の劣化などの条件は、電池性能、さらにはバッテリー故障に損害を引き起こす可能性があります。特に、電池材料を大量に含む大規模なフロー電池の場合、これらの要因は、重大な安全性の問題と投資損失を引き起こす可能性があります。フローバッテリの充電または放電深度を説明充電状態（SOC）は、最も重要なバッテリ状態パラメータの一つです。彼らを脅かすレベルに到達する前に、タイムリーなSOCモニタリングは、潜在的なリスクを検出することができます。しかし、この領域は、特に、非水性フロー電池において、これまでアンダー宛であると思われます。このような紫外 – 可視（UV-VIS）分光法と電解質導電率測定は、水性流れbatteに評価されているようSpectrophotoscopic方法 SOCの決意のためRY。 ^22、23、24

我々は最近、新しい両極性レドックス材料に基づく新規対称非水系フロー電池の設計を導入している、2-フェニル-4,4,5,5- tetramethylimidazoline -1-オキシル-3-オキシド（PTIO）。 ²⁵このフロー電池は、非水系フロー電池の上記の課題に対処するための約束を保持しています。まず、PTIOは、高エネルギー密度を可能にするために有望であるアセトニトリルのバッテリ溶媒（MeCN中）で高い溶解性（2.6 M）を有します。第二、PTIOは適度に分離され、従って、それ自体で対称な電池化学を形成することができる2つの可逆的な酸化還元対を示しま​​す。我々はまた、FTIRスペクトルで区別可能なPTIOピークがESRの結果によって交差検定として、SOCの決意を分光につながる、フローセル中の未反応PTIOの濃度と相関させることができることを実証しました。小娘= "外部参照"> 26ここでは、電気化学的評価とPTIO対称フロー電池のFTIRベースのSOCの診断のための手順を詳しく説明するためのプロトコルを提示します。この作業は、特に実世界グリッド用途で、長期フロー電池の動作中に安全性と信頼性を維持する上でより多くの洞察をトリガすることが期待されます。