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PNNL:用于水系有机氧化还原液流电池的高容量吩嗪基阳极电解液

PNNL:用于水系有机氧化还原液流电池的高容量吩嗪基阳极电解液

第一单位:美国西北部太平洋西北国家实验室能源与环境管理局

通讯作者: Wei Wang

 

作为电网储能候选者,氧化还原流电池(RFB)极其吸引人们的注意,因为电解质和电极在空间上分开,不仅非常安全,还可以独立调整能量和电池的功率输出,可以满足各种不同的要求电网能源市场。水溶性有机(ASO)氧化还原活性材料作为氧化还原液流电池(RFB)中传统过渡金属离子的替代品而引起了重大关注。 然而,根据报道的ASO的可逆容量通常远远低于其理论值。近日,美国西北部太平洋西北国家实验室能源与环境管理局的Wei Wang等人提出杂环吩嗪化合物是最有希望解决ASO低可逆容量问题的材料。

 

PNNL:用于水系有机氧化还原液流电池的高容量吩嗪基阳极电解液

图1 低浓度(0.1M)的氧化还原液流电池的性能

 

虽然使用生物系统的材料作为液流电池中的活性材料不常见,但是吩嗪的能够容纳双电子转移,结构多样性的特点还是引起人们的关注。在电流密度为100mA cm-2时电解质展现出了高达94%材料利用率和86%的电压效率。由于使用寿命对实际RFBs至关重要,因此延长使用寿命对RFBs也是一个非常重要的性能参数。结构性稳定的吩嗪衍生物展现出优异的循环稳定性。在50 mA cm-2的电流密度下,循环超过1500次后库伦效率(CE)为99.89%,容量损失仅为12%(容量每循环衰减0.0079%,每天0.93%)。

PNNL:用于水系有机氧化还原液流电池的高容量吩嗪基阳极电解液

图2 高浓度(1.4M)的氧化还原液流电池的性能

 

根据以往的报道,并没有使用高浓度的ABO化合物作为活性物质的先例。当将浓度提升到接近饱和浓度1.4 M时,在100 mA cm-2时液流电池产生了67 Ah l^−1的可逆容量并且超过500次循环后还能保持90%的容量,展现出与低浓度活性物质相类似的性能。而轻微的容量衰减可能源于亚铁氰化物阴极与电解液之间的相对较差的长期化学稳定性,但似乎吩嗪衍生物浓度的增加并没有影响到容量衰减率。

 

作者展示的基于ASO的吩嗪分子设计的高可逆容量RFB,表现出优异的性能。而吩嗪衍生物的合成是直接的和可扩展的,且成本低廉,这使得其能成为一种有前景的,具有低成本效益的ASO阳极电解液。

参考文献:

Aaron Hollas, Xiaoliang Wei, Vijayakumar Murugesan, Zimin Nie, Bin Li, David Reed, Jun Liu1,Vincent Sprenkle, Wei Wang, A biomimetic high-capacity  phenazine-basedanolyte for aqueous organic redox flow batteries, Nature Energy, 2018, DOI: 10.1038@s41560-018-0167-3

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