Исследователи из Технологического университета Южного Китая синтезировали молекулярное соединение, которое служит недорогим электролитом для водной проточной редокс-батареи. Это вещество позволяет батарее сохранять 99.98% емкости за цикл. Новый подход опубликован в журнале Energy Material Advances.
В научных работах по проточным редокс-батареям больше всего работ посвящено отрицательным электролитам. Гораздо меньше внимания пока что уделяется положительным электролитам.
Команда Чжэньсин Ляна, профессора Лаборатории технологии топливных элементов Школы химии и химической инженерии Южно-Китайского технологического университета.
Лян и его команда сосредоточилась на структуре под названием 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил (TEMPO), химическом соединении с легко обращаемыми окисленными состояниям окисления, очень заманчивым для применении в редокс-батарее в качестве положительного электролита.
«Однако TEMPO не может быть непосредственно применен в водных редокс- батареям потока из-за высокой гидрофобности молекулы, — говорит Лян, объяснив, что TEMPO, оставленный без изменений, не растворится в жидкости, необходимой для облегчения обмена энергией в проточных батареях. — Мы разработали стратегию функционализации TEMPO при помощи виологенов, органических соединении, обладающих высоко обратимыми окислительно-восстановительными реакциями для улучшения гидрофильности TEMPO».
По словам Ляна, виологены хорошо растворимы в воде, что увеличивает способность TEMPO растворяться в воде. Виологен также является солью, которая придает TEMPO то, что Лян называет «приличной проводимостью» в водном растворе. При этом «декорированный» виологеном TEMPO еще и увеличивает свой окислительно-восстановительный потенциал повышен с +0,745 В до +0,967 В.
Когда модифицированный виологеном TEMPO был протестирован в проточной батарее, исследователи обнаружили, что такая редокс-батарея сохраняет 99,98 % емкости за цикл, что означает, что батарея может удерживать почти всю накопленную энергию, когда она не используется активно. 1,5-молярный раствор модифицированного TEMPO обеспечил плотность энергии в 19 Вт*ч/л.
«Наша работа преодолевает недостатки TEMPO при помощи функционализации виологеном и реализует его применение в водной редокс-батарее — говорит Лян. — Концепция молекулярного дизайна обеспечивает дальнейшую стратегию для поиска новых органических электроактивных материалов и закладывает основу для применения водных проточных редокс-батарей».