Протокол для гальванических оценок и состояние заряда диагностики Симметричный органических Редокс Flow Батарея

Redox Поток батареи сохранять энергию в жидких электролитов, которые содержатся во внешних резервуарах и закачивают внутренних электродов для завершения электрохимических реакций. Накопленная энергия и мощность, таким образом, может быть развязан приводит к превосходной гибкости конструкции, масштабируемости и модульности. Эти преимущества делают батареи потока хорошо подходит для стационарного применения накопителей энергии для интеграции чистых пока прерывистый возобновляемых источников энергии, повышение эффективности использования активов сетки и эффективности, а также повышение энергетической устойчивости и безопасности. ^{1, 2, 3} Традиционные водные батареи потока страдают от ограниченной плотности энергии, в основном из – за узкого окна напряжения , чтобы избежать электролиз воды. ^{4, 5, 6, 7, 8} В отличие от этого , не Aqueленные электролиты на основе потока батареи широко преследовали из-за возможности для достижения высокого напряжения ячейки и высокую плотность энергии. ^{9, 10} В этих усилий, разнообразие потока химических батарей были исследованы, в том числе металл-координационных комплексов, ^{11, 12} все-органические, ^{13, 14} редокс – активных полимеров, ¹⁵ и гибридных систем потока лития. ^{16, 17, 18, 19}

Тем не менее, потенциал неводных батарей потока до сих пор не в полной мере продемонстрировал в связи с крупной технической узким местом ограниченной демонстрации в потоке аккумуляторных соответствующих условиях. Это узкое место тесно связано с целым рядом характеристик ограничивающих факторов. Первый,малая растворимость большинства электроактивных материалов приводит к доставке низкой плотности энергии по неводных проточных кювет. Во-вторых, способность скорость неводных батарей потока в значительной степени ограничивается высокой вязкостью электролита и удельным сопротивлением при соответствующих концентрациях, окислительно-восстановительными. Третьим фактором является отсутствие высокопроизводительных мембран. Nafion и керамические мембраны демонстрируют низкую ионную проводимость с неводных электролитов. Пористые сепараторы демонстрируют хорошую производительность потока клеток, но страдают значительный саморазряд из-за относительно большого размера пор. ^{14, 20} Как правило, смешанный-реагирующие электролиты , содержащие как анолита и католита окислительно – восстановительных материалов (соотношение 1: 1) используются для снижения окислительно – восстановительных материалов кроссовер, который , однако , жертвует эффективные концентрации окислительно – восстановительные, как правило , в два раза. ^{14, 21} Преодоление вышеупомянутого узкое место требует улучшения матерМОГВ открытие, дизайн химии батареи, и проточная ячейка архитектура для достижения батареи релевантных езда на велосипеде.

Контроль состояния батареи принципиально важно для надежной работы. Off-нормальные условия, включая завышенную, газовыделения и деградации материала может причинить вред производительности батареи и даже батареи отказа. Специально для крупномасштабных аккумуляторов потока с участием большого количества аккумуляторных материалов, эти факторы могут вызвать серьезные проблемы безопасности и потери инвестиций. Состояние заряда (SOC), описывающего глубину зарядки или разрядки батарей потока является одним из наиболее важных параметров состояния батареи. Своевременное мониторинг SOC может обнаруживать потенциальные риски, прежде чем они достигают угрожающих уровней. Тем не менее, эта область, как представляется, под адресацией до сих пор, особенно в неводных батарей потока. Spectrophotoscopic методы, такие как ультрафиолетовой и видимой (UV-VIS) Измерения спектроскопии и проводимости электролита были оценены в водном Батт потока гу для определения SOC. ^{22, 23, 24}

Мы недавно ввели новый симметричный неводного конструкции батареи потока на основе новой биполярной окислительно-восстановительного материала, 2-фенил-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-оксид-3-оксид (ФТИО). ²⁵ Данная аккумуляторная батарея поток держит обещание для решения вышеупомянутых проблем неводных батарей потока. Во-первых, ФТИО имеет высокую растворимость (2,6 М) в батарейном растворителе из ацетонитрила (MeCN), который обещает дать высокую плотность энергии. Во-вторых, ФТИО имеет два обратимых окислительно-восстановительные пары, которые умеренно разделены и, таким образом, могут образовывать симметричный химию батареи сама по себе. Мы также показали, что различимый пик ФТИО в спектрах FTIR может коррелировать с концентрацией непрореагировавшего ФТИО в проточную кювету, что приводит к спектроскопическим определение SOC, в качестве перекрестной проверки по результатам СОЭ.деваха = "Xref"> 26 Здесь мы приводим протокол для разработки процедур для электрохимических оценок и SOC диагностики батареи симметричного течения Ptio FTIR основе. Эта работа, как ожидается, чтобы вызвать больше понимания в поддержании безопасности и надежности во время длительных операций батареи потока, особенно в реальных приложениях сетки.