Un protocole pour électrochimiques Evaluations et État de diagnostic charge d'une batterie de flux Redox Symmetric organique

Redox batteries flux stocker de l'énergie dans les électrolytes liquides qui sont contenus dans les réservoirs externes et sont pompés à des électrodes internes pour compléter les réactions électrochimiques. L'énergie et l'énergie stockée peut ainsi être découplées conduisant à une excellente flexibilité de conception, d'évolutivité et de modularité. Ces avantages font batteries d'écoulement bien adaptés pour les applications de stockage d'énergie fixes pour l'intégration des énergies renouvelables intermittentes encore propres, l'augmentation de la grille utilisation et l'efficacité actif, et l'amélioration de la résilience et la sécurité énergétique. ^{1, 2, 3} batteries aqueuses traditionnelles d'écoulement souffrent de densité d'énergie limitée, principalement en raison de la fenêtre de tension étroite pour éviter l' électrolyse de l' eau. ^{4, 5, 6, 7, 8} En revanche, la non-aqueélectrolytes UO batteries de flux à base sont largement poursuivis en raison du potentiel pour atteindre la tension de la cellule haute et haute densité d'énergie. ^{9, 10} Dans ces efforts, une variété de types de batteries d'écoulement ont été étudiés, y compris les complexes de métaux de coordination, ^{11, 12} tout-organique, ^13, les polymères actifs ¹⁴ redox, ¹⁵ et les systèmes d'écoulement hybride au lithium. ^{16, 17, 18, 19}

Cependant, le potentiel des batteries d'écoulement non-aqueux n'a pas encore été pleinement démontrée en raison du grand goulot d'étranglement technique de la démonstration limitée dans des conditions de batterie pertinentes flux. Ce goulot d'étranglement est étroitement associé à un certain nombre de facteurs de performance de limitation. Premier,la faible solubilité de la plupart des matériaux électroactifs conduit à la distribution de densité faible consommation d'énergie par les cellules d'écoulement non aqueux. En second lieu, la capacité de débit d'écoulement des piles non aqueuses est largement limitée par la viscosité élevée de l'électrolyte et de la résistivité à des concentrations appropriées d'oxydo-réduction. Le troisième facteur est le manque de membranes haute performance. Nafion et les membranes céramiques présentent une faible conductivité ionique des électrolytes non aqueux. séparateurs poreux ont démontré les performances de la cellule d'écoulement décent, mais souffrent d'auto-décharge considérable en raison de relativement grande taille des pores. ^{14 20} En général, les électrolytes réactifs mixtes contenant à la fois le catholyte et l' anolyte d' oxydo – réduction des matériaux (1: 1) sont utilisés pour réduire les matériaux de recouvrement d' oxydo – réduction, qui sacrifie cependant , les concentrations efficaces d'oxydo – réduction, typiquement de moitié. ^{14, 21} Surmonter le goulot d' étranglement précité exige des améliorations dans materEIAA découverte, la conception de la chimie de la batterie, et de l'architecture de la cellule d'écoulement pour atteindre le cyclisme de la batterie pertinente.

Batterie surveillance de l'état est essentiellement important pour un fonctionnement fiable. Off-normales, y compris les conditions de surcharge, le dégagement de gaz, et la dégradation des matériaux peut causer des dommages à la performance de la batterie et même l'échec batterie. Surtout pour les batteries à flux à grande échelle impliquant de grandes quantités de matériaux de batterie, ces facteurs peuvent causer des graves problèmes de sécurité et de la perte d'investissement. État de charge (SOC) décrivant la profondeur de charge ou de décharge des batteries d'écoulement est l'un des paramètres les plus importants de l'état de la batterie. Surveillance du SOC en temps opportun peut détecter les risques potentiels avant qu'ils atteignent des niveaux menaçants. Cependant, ce domaine semble être sous-traitées à ce jour, en particulier dans les batteries d'écoulement non-aqueux. méthodes Spectrophotoscopic tels que ultraviolet-visible (UV-vis) et la spectroscopie électrolyte conductivité des mesures ont été évaluées dans Batte de flux aqueux ry pour la détermination du SOC. ^{22, 23, 24}

Nous avons récemment introduit une conception de la batterie d'écoulement roman symétrique non-aqueux à base d'un nouveau matériau redox ambipolaire, 2-phényl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxyde (PTIO). ²⁵ Cette batterie de flux tient la promesse de relever les défis susmentionnés de batteries d'écoulement non-aqueux. Tout d'abord, PTIO a une solubilité élevée (2,6 M) dans le solvant de la batterie de l'acétonitrile (MeCN) qui est prometteur pour permettre à une densité d'énergie élevée. En second lieu, RITP présente deux couples redox réversibles qui sont modérément séparés et peut donc former une chimie de pile symétrique par lui-même. Nous avons également démontré qu'un pic RITP distinguable dans les spectres FTIR peut être corrélée à la concentration de RITP qui n'a pas réagi dans la cellule d'écoulement, ce qui conduit à la détermination spectroscopique de l'état de charge, comme une validation croisée de résultats ESR.lass = "xref"> 26 Nous présentons ici un protocole d'élaborer des procédures pour les évaluations électrochimiques et diagnostics SOC base-FTIR de la batterie de débit symétrique PTIO. Ce travail devrait déclencher plus d'idées dans le maintien de la sécurité et de fiabilité lors des opérations de la batterie d'écoulement à long terme, en particulier dans les applications de réseau du monde réel.