Un protocollo per elettrochimici valutazioni e stato di carica della diagnostica di un Redox flusso batteria simmetrica Organic

Redox flusso batterie immagazzinare energia in elettroliti liquidi che sono contenuti nei serbatoi esterni e sono pompato agli elettrodi interni per completare le reazioni elettrochimiche. L'energia immagazzinata ed il potere possono quindi essere disaccoppiati che porta ad eccellente flessibilità di progettazione, scalabilità e modularità. Questi vantaggi rendono le batterie di flusso particolarmente adatto per applicazioni di storage di energia stazionarie per l'integrazione delle energie rinnovabili intermittenti ancora pulite, aumentando griglia di utilizzo delle risorse e l'efficienza, e migliorare la resilienza e la sicurezza energetica. ^{1, 2, 3} batterie di flusso acquose tradizionali soffrono di densità di energia limitata, soprattutto a causa della finestra di tensione stretta per evitare l'elettrolisi dell'acqua. ^{4, 5, 6, 7, 8} Per contro, non aqueelettroliti OU batterie flusso basati sono ampiamente perseguiti a causa del potenziale per ottenere un'elevata tensione di cella ed elevata densità di energia. ^{9, 10} In questi sforzi, una varietà di batterie chimiche flusso sono stati studiati, inclusi complessi metallo-coordinazione, ^{11, 12} del tutto-organico, ^13, polimeri attivi ¹⁴ redox, ¹⁵ e sistemi di flusso ibridi litio. ^{16, 17, 18, 19}

Tuttavia, il potenziale di batterie di flusso non acquosi deve essere ancora pienamente dimostrato grazie al maggiore strozzatura tecnica di dimostrazione limitata in condizioni batteria rilevante flusso. Questo collo di bottiglia è strettamente associato con una serie di fattori che limitano le prestazioni. Primo,la piccola solubilità della maggior parte dei materiali elettroattivi conduce alla consegna bassa densità di energia da celle di flusso non-acquosi. In secondo luogo, la capacità di rapporto di batterie di flusso non acquosi è ampiamente limitata dalla elevata viscosità elettrolita e resistività a concentrazioni redox pertinenti. Il terzo fattore è la mancanza di membrane ad alta resa. Nafion e membrane ceramiche mostrano una bassa conduttività ionica con elettroliti non acquosi. separatori porosi hanno dimostrato prestazioni cella di flusso decente, ma soffrono una notevole auto-scarica a causa delle dimensioni relativamente grandi pori. ^{14, 20} Tipicamente, elettroliti mista reagenti contenenti sia i materiali Anolyte che catolita redox (rapporto 1: 1) sono utilizzati per ridurre materiali redox attraversamento che sacrifica però le concentrazioni efficaci redox, tipicamente alla metà. ^{14, 21} Superare il collo di bottiglia di cui sopra richiede miglioramenti in materIALS scoperta, progettazione chimica della batteria, e l'architettura cella di flusso per raggiungere in bicicletta la batteria rilevanti.

monitoraggio dello stato della batteria è essenzialmente importante per le operazioni affidabili. Off-normali condizioni, tra cui il prezzo eccessivo, sviluppo di gas, e il degrado materiale può causare danni alle prestazioni della batteria e anche guasto della batteria. Soprattutto per le batterie di flusso su larga scala che coinvolgono grandi quantità di materiali batteria, questi fattori possono causare seri problemi di sicurezza e la perdita degli investimenti. Stato di carica (SOC) che descrive la profondità di carica o scarica delle batterie di flusso è uno dei più importanti parametri di stato della batteria. monitoraggio SOC tempestiva in grado di rilevare potenziali rischi prima che raggiungano i livelli di minaccia. Tuttavia, questa zona sembra essere affrontate sotto-finora, soprattutto in batterie di flusso non acquosi. metodi Spectrophotoscopic quali ultravioletta-visibile (UV-vis) misure di spettroscopia e di elettroliti conducibilità sono state valutate nei batte flusso acquosa ry per la determinazione SOC. ^{22, 23, 24}

Abbiamo recentemente introdotto un nuovo design della batteria flusso simmetrica non acquoso sulla base di un nuovo materiale redox ambipolare, 2-fenil-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-ossido (PTIO). ²⁵ Questa batteria flusso mantiene la promessa per affrontare le sfide di cui sopra di batterie di flusso non acquosi. Innanzitutto, PTIO ha un'alta solubilità (2,6 M) nel solvente della batteria di acetonitrile (MeCN) che promette di consentire una elevata densità di energia. In secondo luogo, PTIO presenta due coppie redox reversibile che sono moderatamente separati e quindi possono formare una batteria chimica simmetrica da sola. Abbiamo inoltre dimostrato che un picco distinguibile PTIO negli spettri FTIR può essere correlata con la concentrazione di PTIO non reagito nella cella di flusso, che porta ad spettroscopiche determinazione del SOC, come cross-validati i risultati della VES.lass = "xref"> 26 Qui vi presentiamo un protocollo per elaborare le procedure per le valutazioni elettrochimici e la diagnostica SOC FTIR-based della batteria flusso simmetrica PTIO. Questo lavoro è previsto per innescare ulteriori approfondimenti nel mantenere la sicurezza e l'affidabilità della batteria durante le operazioni di flusso di lungo termine, in particolare nelle applicazioni di rete del mondo reale.