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Chemistry

Un protocolo para la electroquímicos Las evaluaciones y estado de carga de diagnóstico de una batería redox de flujo simétrico Orgánica

Published: February 13, 2017 doi: 10.3791/55171
Automatic Translation
*1,2, *1,3, 3, 1,4, 1,2
1Joint Center for Energy Storage Research (JCESR), 2Energy & Environment Directorate, Pacific Northwest National Laboratory, 3Earth & Biological Systems Directorate, Pacific Northwest National Laboratory, 4Physical & Computational Sciences Directorate, Pacific Northwest National Laboratory
* These authors contributed equally

Summary

Se presentan los protocolos para la evaluación electroquímica de una batería de flujo redox orgánico no acuoso simétrica y para el diagnóstico de su estado de carga mediante FTIR.

Abstract

baterías de flujo redox se han considerado como una de las soluciones de almacenamiento de energía estacionarias más prometedoras para mejorar la fiabilidad de la red eléctrica y el despliegue de tecnologías de energía renovable. Entre las muchas químicas de la batería de flujo, baterías de flujo no acuosos tienen el potencial de lograr la alta densidad de energía debido a las amplias ventanas de tensión de electrolitos no acuosos. Sin embargo, existen obstáculos técnicos importantes actualmente limitar baterías de flujo no acuosos para demostrar todo su potencial, tales como bajas concentraciones redox, las corrientes de explotación bajos, la monitorización del estado de la batería se ha explorado, etc. En un intento de abordar estas limitaciones, se informó recientemente una batería de flujo no acuosa a base de un compuesto altamente soluble, redox-activo orgánico nitronil radical nitróxido, 2-fenil-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxilo-3-óxido (PTIO). Este material redox exhibe una propiedad electroquímica ambipolar, y por lo tanto puede servir tanto como anolytE y materiales catolito redox para formar una química de la batería de flujo simétrico. Por otra parte, hemos demostrado que la transformada de Fourier (FTIR) podría medir las concentraciones PTIO durante el ciclismo batería de flujo OITP y ofrecen detección razonablemente precisa del estado de la batería de carga (SOC), como transversal validado por resonancia de spin electrónico (ESR) mediciones . En este documento se presenta un protocolo de vídeo para la evaluación y el diagnóstico electroquímica SOC de la batería de flujo simétrico OITP. Con una descripción detallada, que demostró experimentalmente la ruta para lograr esos fines. Este protocolo tiene como objetivo iniciar más intereses y puntos de vista sobre la seguridad y fiabilidad en el campo de las baterías de flujo redox no acuosos.

Introduction

Redox fluya baterías almacenan la energía en electrolitos líquidos que están contenidos en depósitos externos y se bombean a los electrodos internos para completar las reacciones electroquímicas. La energía y la energía almacenada de este modo pueden desacoplarse conduce a excelente flexibilidad de diseño, la escalabilidad y modularidad. Estas ventajas hacen de baterías de flujo muy adecuados para aplicaciones de almacenamiento de energía estacionarias para la integración de las energías renovables aún intermitente limpia, lo que aumenta la utilización de activos de la red y la eficiencia, y mejorar la capacidad de recuperación de energía y la seguridad. 1, 2, 3 baterías de flujo acuosas tradicionales sufren de densidad de energía limitada, debido principalmente a la ventana de tensión estrecha para evitar la electrólisis del agua. 4, 5, 6, 7, 8 Por el contrario, no aqueelectrolitos OU baterías de flujo basados ​​están siendo ampliamente perseguidos debido al potencial para el logro de voltaje de la célula de alto y alta densidad de energía. 9, 10 En estos esfuerzos, una variedad de químicas de la batería de flujo han sido investigados, incluyendo complejos de coordinación de metal, 11, 12 completamente orgánico, 13, 14 polímeros activos redox, 15 y sistemas de flujo híbrido de litio. 16, 17, 18, 19

Sin embargo, el potencial de las baterías de flujo no acuosos aún no se ha demostrado plenamente debido a la gran cuello de botella de la técnica de demostración limitada en condiciones de baterías de flujo correspondiente. Este cuello de botella está estrechamente asociado con una serie de factores que limitan el rendimiento. Primero,la pequeña solubilidad de la mayoría de materiales electroactivos conduce a la entrega de baja densidad de energía en las células de flujo no acuosos. En segundo lugar, la capacidad de velocidad de baterías de flujo no acuoso es en gran medida limitado por la alta viscosidad del electrolito y resistividad a concentraciones redox pertinentes. El tercer factor es la falta de membranas de alto rendimiento. Nafion y membranas cerámicas muestran conductividad iónica baja con electrolitos no acuosos. separadores porosos han demostrado un rendimiento celda de flujo decente, pero sufren una considerable auto-descarga debido al tamaño relativamente grande de los poros. 14, 20 Típicamente, electrolitos mezclado-reactivo que contiene ambos materiales de anolito y catolito redox (relación 1: 1) se utilizan para reducir los materiales redox de cruce, que sin embargo sacrifica las concentraciones eficaces redox, típicamente por medio. 14, 21 Superar el cuello de botella anterior reclama mejoras en matermate- descubrimiento, diseño de la química de la batería, y la arquitectura celda de flujo para lograr el ciclismo batería correspondiente.

supervisión del estado de la batería es esencialmente importante para un funcionamiento fiable. Fuera de las condiciones normales incluyendo cargo excesivo, el desprendimiento de gas, y la degradación del material puede causar daños al rendimiento de la batería e incluso fallo de la batería. Especialmente para las baterías de flujo a gran escala que involucran grandes cantidades de materiales de la batería, estos factores pueden causar graves problemas de seguridad y la pérdida de la inversión. Estado de la carga (SOC) que describe la profundidad de la carga o descarga de baterías de flujo es uno de los parámetros de estado de la batería más importantes. monitoreo SOC oportuna puede detectar riesgos potenciales antes de que alcancen niveles de amenaza. Sin embargo, esta zona parece estar bajo su dirección hasta el momento, especialmente en baterías de flujo no acuosos. métodos Spectrophotoscopic tales como ultravioleta-visible (UV-VIS) medidas de espectroscopia y conductividad del electrolito se han evaluado en batte flujo acuoso ria para la determinación del SOC. 22, 23, 24

Recientemente hemos introducido un nuevo diseño de la batería de flujo no acuoso simétrica sobre la base de un nuevo material redox ambipolar, 2-fenil-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxi-3-óxido (OITP). 25 Esta batería de flujo mantiene la promesa para hacer frente a los retos antes mencionados de baterías de flujo no acuosos. En primer lugar, PTIO tiene una alta solubilidad (2,6 M) en el disolvente de la batería de acetonitrilo (MeCN) que es prometedor para permitir una alta densidad de energía. En segundo lugar, OITP exhibe dos pares redox reversibles que están moderadamente separados y por lo tanto puede formar una química de la batería simétrica por sí mismo. También hemos demostrado que un pico PTIO distinguibles en los espectros FTIR se puede correlacionar con la concentración de PTIO sin reaccionar en la celda de flujo, que conduce a espectroscópico determinación de la SOC, como transversal validado por los resultados de ESR.lass = "xref"> 26 A continuación se presenta un protocolo para elaborar procedimientos para las evaluaciones electroquímicas y diagnósticos basados SOC-FTIR de la batería de flujo simétrico OITP. Este trabajo se espera para desencadenar más penetraciones en el mantenimiento de la seguridad y fiabilidad de la batería durante las operaciones de flujo a largo plazo, especialmente en aplicaciones de redes del mundo real.

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Protocol

Nota: Todas las preparaciones en solución, la voltametría cíclica pruebas (CV), y el flujo del conjunto celular y las pruebas se llevaron a cabo en una caja de guantes de argón-lleno de agua y de O 2 niveles de menos de 1 ppm.

1. Las evaluaciones electroquímica de las células de flujo OITP

  1. Prueba de CV
    1. Pulir un electrodo de carbón vítreo con polvo de alúmina de 0,05 micras gamma, lavarlo con agua desionizada, lo puso en bajo vacío a temperatura ambiente durante toda la noche, y la transfiere en una caja de guantes.
    2. Se disuelve el nitrato de plata (8,5 mg) con MeCN (5 ml) en la guantera, es decir, 10 mM de AgNO3. Añadir la solución en el tubo de vidrio de un electrodo de referencia de nitrato de plata / plata.
    3. Monte el electrodo de trabajo de carbono vítreo, un fieltro de grafito contraelectrodo tira, y el electrodo de referencia de nitrato de plata / plata en un matraz en forma de pera de tres bocas de 25 ml.
    4. Disolver PTIO (52 mg) y hexaf tetrabutilamonioluorophosphate (TBAPF 6, 0,87 g) en MeCN (1,10 g), es decir, 0,1 M PTIO / 1,0 M TBAPF 6. Añadir la solución en el matraz para sumergir las puntas de los tres electrodos.
    5. Conectar los electrodos a una estación de trabajo electroquímico. Medir las curvas de CV dentro del rango de tensión de -1,75 a 0,75 V a una velocidad de barrido de 100 mV / s. Determinar el voltaje de la celda teórico de la batería de flujo PTIO por la brecha de potencial entre los dos pares redox.
      NOTA: Se debe señalar que el Ag / Ag + configuración de electrodo de referencia es un electrodo de pseudo-referencia en su naturaleza. Como resultado, los picos redox pueden cambiar durante las mediciones de CV a largo plazo. Sin embargo, tal cambio normalmente tiene una influencia negligente en la brecha de voltaje entre los pares redox, y no afectaría el valor de voltaje de la célula.
  2. Flujo conjunto de pila
    1. Cortar los fieltros de grafito a un área de 1 x 10 cm 2 usando una cuchilla de afeitar. Del mismo modo, cortar un septiembre porosaArator a un área de 3 x 12 cm 2.
    2. Secar las partes de las baterías de flujo (compartimentos celulares, tubos, 5 viales de vidrio mL, fieltros de grafito, y un separador poroso) en un horno de vacío a 70 ° C durante toda la noche, los trasladan a la guantera, y enfriar a la temperatura ambiental.
    3. Ensamblar las partes de la célula de flujo en el orden de una placa de extremo, un colector de corriente placa de cobre, un medio celular, un fieltro de grafito, una junta, un separador poroso, un fieltro de grafito, un medio celular, un colector de corriente de la placa de cobre, y una placa final. Sujetar el conjunto con ocho pernos roscados contra las dos placas finales mediante una llave de torsión pre-fijado en 125 libras por pulgada. Conectar los tubos de flujo de electrolito a la celda de flujo. El conjunto de pila se muestra en la Figura 1.
  3. Demostración de Symmetric Electroquímica
    1. Montar la célula de flujo de acuerdo con la Sección 1.2. Disolver PTIO (10 mg) y TBAPF 6 (3,3 g) con MeCN (4,4 g) en el glovbuzón de correo, es decir, OITP 5,0 mM / 1,0 M TBAPF 6. Añadir 4 ml de la solución a cada uno de los dos viales de vidrio. Bombear el electrolitos a fluir utilizando una bomba peristáltica a una velocidad de flujo de 20 mL / min.
    2. Conectar los colectores de corriente positivos y negativos de la celda de flujo para el comprobador de baterías. Cargar la celda de flujo a una densidad de corriente constante de 5 mA / cm2 hasta que la tensión llegó a 1,9 V. Detener la carga. Bombear los electrolitos en los viales de vidrio.
    3. Mezclar un electrolito 1 ml positiva con un electrolito negativo 1 ml en un vial separado. Ahora hay cuatro electrolitos: el original, lo positivo, lo negativo, y la sociedad mixta.
    4. Medir espectro de resonancia de espín de electrones (ESR) de los cuatro electrolitos anteriores. 25
      1. Con sellador de tubo, sellar una pequeña cantidad (~ 10 l) de los terminales positivo y negativo en un tubo de PTFE (1/16 "OD y 1/32" ID) en ambos extremos, y luego sellarlo en un tubo de cuarzo ESR (4 mm de diámetro).
      2. Montar el tubo de ESR a un espectrómetro de ESR equipado con un resonador SHQE con frecuencia de microondas ~ 9,85 GHz (banda X).
      3. Se recoge el espectro de ESR para los cuatro electrolitos en la Sección 1.3.3.
  4. Prueba de la celda de flujo
    1. Montar una celda de flujo siguiendo la Sección 1.2.
    2. Disolver OITP (1,05 g) y TBAPF 6 (3,50 g) con MeCN (3,60 g) en la guantera, es decir, 0,5 M OITP / 1,0 M TBAPF 6. Añadir 4 ml de la solución a cada vial de vidrio. El flujo de los electrolitos en 20 ml / min.
    3. Conectar los colectores de corriente positivos y negativos de la célula de flujo a una estación de trabajo electroquímica. Medir la impedancia de la célula de flujo en el rango de frecuencia de 100 kHz a 1 Hz en el potencial de circuito abierto. Calcula la resistividad específica del área (ASR) multiplicando la resistencia óhmica (impedancia de alta frecuencia) por el área activa de la celda de flujo.
    4. Conectar el col corriente positiva y negativalectores de la celda de flujo para el probador de la batería. Establecer los puntos de corte de tensión de 0,8 y 2,2 V y la corriente constante de 20 mA cm -2 en el software de operación de la batería. En repetidas ocasiones de carga / descarga de la celda de flujo OITP.

2. basada en FTIR Determinación SOC

  1. FTIR Validación de viabilidad
    1. Preparar las siguientes tres soluciones de electrolitos en la guantera: (a) MeCN (0,50 g); (b) TBAPF 6 (0,23 g) con MeCN (0,30 g), es decir, 1,0 M TBAPF 6; (c) PTIO (75 mg) y TBAPF 6 (0,25 g) con MeCN (0,26 g), es decir, 0,5 M PTIO / 1,0 M TBAPF 6.
    2. Medir FTIR para las tres soluciones de electrolitos.
      1. Añadir un volumen pequeño (~ 0,05 ml) de cada solución a una célula FTIR sellable con ventanas de KBr y una longitud de recorrido de 0,2 mm. Sellar la celda FTIR.
      2. Ponga la célula FTIR en un recipiente de almacenamiento y la transferencia de la guantera.
      3. mou rápidamentent la célula a un espectrómetro de FTIR y recoger el espectro FTIR.
    3. Montar una celda de flujo siguiendo la Sección 1.2.
    4. Disolver OITP (1,05 g) y TBAPF 6 (3,50 g) con MeCN (3,60 g) en la guantera, es decir, 0,5 M OITP / 1,0 M TBAPF 6. Añadir 4 ml de la solución a cada vial de vidrio. El flujo de los electrolitos en 20 ml / min.
    5. cargar completamente la celda de flujo hasta que la tensión alcanza los 2,2 V. interrumpa la carga y la bomba.
    6. Medir los espectros FTIR tanto para los electrolitos positivo y negativo, respectivamente, siguiendo el procedimiento de la Sección 2.1.2.
    7. Preparar una serie de soluciones PTIO (0,05-0,5 M) en 1,0 M en MeCN TBAPF 6 en la guantera con las composiciones de la Tabla 1.
    8. Medir el espectro de FTIR para cada una de las soluciones en la sección 2.1.6, siguiendo el procedimiento de la Sección 2.1.2.
  2. FTIR Medición de SOC
    1. Montar una celda de flujo following Sección 1.2.
    2. Disolver OITP (2,9 g) y TBAPF 6 (9,6 g) con MeCN (9,8 g) en la guantera, es decir, 0,5 M OITP / 1,0 M TBAPF 6. Añadir 11 ml de la solución a cada uno de los dos viales de vidrio. El flujo de los electrolitos en 20 ml / min.
    3. Cargar la celda de flujo a una corriente constante de 10 mA / cm 2 a una velocidad de flujo de 20 mL / min.
    4. En el tiempo de carga de 0, 18, 36, 54, y 72 min, detener la carga celular y el flujo de electrolito, tomar alícuotas pequeñas (0,2 ml) de los electrolitos de viales de vidrio lado anódico y catódico, y luego reanudar la célula.
    5. Medir el espectro de FTIR para los cinco alícuotas de las muestras anteriores, siguiendo el procedimiento de la Sección 2.1.2.
    6. Medir el espectro de ESR para los cinco alícuotas de las muestras anteriores, siguiendo el procedimiento de la Sección 1.3.4.

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Representative Results

Las ventajas únicas del sistema de batería de flujo simétrico PTIO son altamente atribuyen a las propiedades electroquímicas de PTIO, un compuesto de radical nitróxido orgánico. PTIO puede someterse a reacciones de desproporción electroquímicos para formar PTIO + y PTIO - (Figura 2a). Estos dos pares redox están moderadamente separados por un espacio de tensión de ~ 1,7 V (Figura 2b) y se puede utilizar como ambos materiales de anolito y catolito redox en una química de la batería simétrica. Usando PTIO como un material redox puede eliminar la necesidad de electrolitos mix-reactivo y permitir que altas concentraciones eficaces redox.

La reacción entre PTIO + y PTIO - regenera espontáneamente el OITP original, como se demuestra por la recuperación de la señal de ESR de PTIO después de la mezcla PTIO + y PTIO - al igual molar concentrations (Figura 2c). En esta batería de flujo, el cruce de especies cargadas (PTIO OITP + o PTIO -) no da lugar a productos químicos dispares y pérdida de material, lo que lleva a la cruce irreversible mínima. La celda de flujo PTIO entregado eficiencias de ciclo decente a una concentración de 0,5 M redox PTIO y con una corriente de 20 mA / cm; una eficacia culómbica media (CE) de ~ 90%, la eficiencia de tensión (VE) de 67%, y se obtuvieron la eficiencia energética (EE) de 60% (Figura 2d). La baja VE fue registrado por la relativamente alta ASR celular del 21,2 Ω cm 2 que estaba estrechamente asociado con conductividad iónica limitada a una concentración tan alta de electrolito. A pesar de la capacidad de la decoloración, la célula de flujo PTIO ha demostrado funcionar concentración de material redox, densidad de corriente, y la eficiencia de células significativamente mayor que muchos otros ORP no acuosas, que cicla típicamente cerca de 0,1 M concentraciones, con densidades de corriente menos camisetasHan 0,5 mA / cm 2, y / o EEs no mayor que 50%. 27, 28, 29, 30

FTIR ha validado con éxito sus calificaciones como una herramienta SOC-diagnóstico adecuado para la batería de flujo PTIO, a causa de la característica de pico de FTIR a 1.218 cm -1 que corresponde presumiblemente para el enlace NO. 31 En primer lugar, el apoyo disolvente MeCN y TBAPF producir 6 sal picos de interferencia insignificantes en esta posición (Figura 3a). En segundo lugar, FTIR distingue entre las tres especies redox de PTIO, especialmente con la desaparición de este pico para PTIO + en el lado del catolito (Figura 3b). En tercer lugar, la intensidad (T) de este pico muestra una fuerte dependencia de la concentración PTIO (Figura 3c y recuadro), es decir, un -log lineal (T)frente a [OITP] relación estándar (Ecuación 1) se obtiene de acuerdo con la Ley de Beer-Lambert:
Ecuación (1)

Las cinco partes alícuotas de la muestra tomada desde el lado del catolito (Figura 4a) se utilizaron para determinar el SOC de la celda de flujo PTIO. A medida que el tiempo de carga procedido de muestra # 0 a # 4, la intensidad de la 1.218 cm -1 pico disminuyó continuamente debido al consumo de PTIO (Figura 4b); por lo que fue la señal de ESR (Figura 4c). Las concentraciones de PTIO sin reaccionar en estas muestras se obtuvieron por las intensidades de FTIR del 1.218 cm -1 pico de acuerdo con la Ecuación 2, que después se utiliza para calcular el SOC siguiente Ecuación 2. Como se muestra en la Figura 4d, tales obtenido [PTIO] y SOC de estas muestras están en estrecho acuerdo con las medidas de ESR, lo que parece ser una buena validación cruzada.
(2)

Las partes y montaje de la celda de flujo utilizado en este estudio se muestran en la Figura 1. El rendimiento electroquímico de la batería de flujo PTIO simétrica, incluyendo reacciones redox, curvas CV, validación de ESR de la prestación de diseño simétrico, y los datos de ciclo de las células de flujo, se muestran en la Figura 2. La validación de viabilidad para el uso de FTIR como un método adecuado para determinar el SOC de la batería de flujo PTIO se muestra en la Figura 3. Determinaciones SOC basados en FTIR, incluyendo la curva de tensión de la celda de flujo, el SOC obtenido de FTIR y transversal validado por ESR, y un sistema de línea de diagnóstico propuesto, se muestra en la Figura 4.

Figura 1
Figura 1: La fotografía de la celda de flujo como blea. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2: El rendimiento electroquímico de OITP. (A) las reacciones redox de PTIO a PTIO + (lado catolito) y a PTIO - (lado anolito), respectivamente; (B) 500 ciclos de curvas CV casi completamente solapadas de OITP sobre un electrodo de carbón vítreo; (C) los espectros de ESR que muestra la reacción entre OITP + y OITP - regenera el OITP originales; (D) la capacidad de la bicicleta y la eficiencia de la celda de flujo 0,5 M PTIO. Esta cifra ha sido modificado de referencia 25. obtener = "_ blank"> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3: la validación de viabilidad para el uso de FTIR para determinar el SOC de la batería de flujo PTIO. (A) espectros de FTIR de MeCN, 1,0 M TBAPF 6 en MeCN, y 0,5 M PTIO en 1,0 M TBAPF6 en MeCN; (B) los espectros FTIR de PTIO, PTIO +, y PTIO - (0,5 M en 1,0 M TBAPF 6 en MeCN); (C) los espectros FTIR de soluciones PTIO estándar a 0,05 M a 0,5 M con un intervalo de 0,05 M. Esta cifra ha sido modificado de referencia 25. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 4: Diagnóstico SOC FTIR-based. (A) la curva de tensión de carga de una célula de flujo 0,5 M PTIO que muestra cinco alícuotas de muestra (# 0, 1, 2, 3, 4) retirado de la celda durante la carga; (B) FTIR y (c) los espectros de ESR de los cinco alícuotas de muestra catolito; (D) las concentraciones PTIO sin reaccionar y SOC celular obtenida a partir de mediciones de FTIR y el flujo transversal validado con medidas de ESR; (E) un esquema de un dispositivo de batería de flujo incorporado con sensores de monitoreo en línea FTIR. Esta cifra ha sido modificado de referencia 25. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

OITP Conc. (METRO) 0.05 0,1 </ Td> 0.15 0,2 0.25 0,3 0.35 0,4 0.45 0,5
MeCN 0,301 g 0,295 g 0,273 g 0,25 g 0,291 g 0,255 g 0,242 g 0,232 g 0,243 g 0,263 g
TBAPF 6 0,233 g 0,233 g 0,223 g 0,21 g 0,247 g 0,222 g 0,214 g 0,213 g 0,225 g 0,255 g
OITP 0,007 g 0,014 g 0,02 g 0,025 g 0,037 g 0,04 g 0,045 g 0,051 g 0,061 g 0,076 g

Tabla 1: Composiciones de las soluciones estándar PTIO.

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Discussion

Como hemos demostrado antes, 25 FTIR es capaz de detectar de manera no invasiva el SOC de la batería de flujo PTIO. Como una herramienta de diagnóstico, FTIR es particularmente ventajosa debido a su fácil accesibilidad, respuesta rápida, de bajo coste, necesidad de espacio pequeña, las instalaciones para la incorporación en línea, no saturación del detector, y la capacidad de correlacionar la información estructural para investigar evoluciones moleculares durante el funcionamiento de la batería de flujo. La figura 3e ilustra un dispositivo de batería de flujo propuesto la integración de sensores de FTIR en línea que permite la monitorización en tiempo real SOC para operaciones seguras.

Para aplicar mejor el protocolo para la evaluación y diagnóstico electroquímica SOC basados ​​en FTIR, un ambiente libre de aire es esencialmente importante; de lo contrario, la especie redox en estados cargados reaccionarán con O2 o la humedad que conduce a la degradación del material y las mediciones inexactas del SOC. células FTIR Estrictamente herméticos deben estarusado para evitar el contacto del aire con los electrolitos. Además, ya que esta técnica sólo se puede utilizar para materiales redox FTIR-sensibles, la validación de viabilidad mediante la identificación de los picos de FTIR característicos bien distinguibles es un paso crítico.

Teniendo en cuenta la selectividad de las membranas de la batería limitada, cruce el material redox es inevitable para la mayoría de las baterías de flujo, que suele causar la decoloración de capacidad irreversible. En este sentido, la batería de flujo simétrico tiene el potencial de superar este inconveniente. En la batería de flujo OITP, cualquier especie de cruce se convertirán en el OITP originales. Teóricamente, la pérdida de capacidad causada por cruce material podría ser recuperado por la remezcla los electrolitos, similares a baterías de flujo de vanadio. 32 Por lo tanto, el diseño de la batería simétrica es prometedor para el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía duradero y fiable. La limitación clave para el actual sistema de OITP es que el OITP - (anolitolado) no es lo suficientemente estable debido a que se producen gradualmente reacciones laterales. una pérdida material de este tipo se explica la capacidad de decoloración observado en células de flujo PTIO. Desarrollo de nuevos materiales redox ambipolares con alta estabilidad química en todos los estados de oxidación es la dirección futura de demostrar todo el potencial de este diseño de la batería.

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Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado financieramente por el Centro Conjunto de Investigación de Almacenamiento de Energía (JCESR), un centro de innovación energética financiado por el Departamento de Energía, Oficina de Ciencia, Ciencias Básicas de Energía de Estados Unidos. Los autores también reconocen Journal of Materials Chemistry A (a Royal Society of Chemistry Journal) por publicar originalmente esta investigación ( http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/ta/c6ta01177b ). PNNL es un laboratorio nacional multi-programa operado por Battelle para el Departamento de Energía bajo el contrato DE-AC05-76RL01830.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
PTIO TCI America A5440 >98.0%
Tetrabutylammonium hexafluorophosphate Sigma-Aldrich 86879 electrochemical grade, ≥99.0%
MeCN BASF 50325685 Battery grade
Silver nitrate Sigma-Aldrich 204390 99.9999% trace metals basis
Gamma alumina powder CH Instruments CHI120
Graphite felt SGL GFD3 Vacuum-dry at 70 °C for 24 h
Porous separator Daramic AA800 Vacuum-dry at 70 °C for 24 h
Battery Tester Wuhan LAND electronics Co., Ltd. Lanhe 1 A current range
Electrochemical Workstation Solartron Analytical ModuLab
glove box MBRAUN Labmaster SP oxygen and water levels <1 ppm
ESR spectrometer Bruker  Elexsys 580  Equipped with an SHQE resonator with microwave frequency ~9.85 GHz (X band) at 2 mW power, with 100 kHz field modulation

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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Química Número 120 batería de flujo redox no acuoso simétrico orgánico estado de carga FTIR
Un protocolo para la electroquímicos Las evaluaciones y estado de carga de diagnóstico de una batería redox de flujo simétrico Orgánica
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Duan, W., Vemuri, R. S., Hu, D., Yang, Z., Wei, X. A Protocol for Electrochemical Evaluations and State of Charge Diagnostics of a Symmetric Organic Redox Flow Battery. J. Vis. Exp. (120), e55171, doi:10.3791/55171 (2017).

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