Simpel ændring, stor indflydelse:Kemikere fremmer bæredygtig batteriteknologi

Sol- og vindenergi betragtes bredt som bæredygtige, miljøvenlige alternativer til fossile brændstoffer, men hver er kun intermitterende tilgængelig. Begge løsninger kræver overkommelige priser, højtydende energilagringsteknologier, der skal overvejes for udbredt, pålidelig brug.

Vandige organiske redox flow batterier, kendt som "AORFB'er, "tilbyde en lovende energilagringsløsning i stor skala, men har stadig begrænsninger. I en molekylær ingeniørundersøgelse offentliggjort online 25. oktober, 2018, i Joule , Utah State University kemikere rapporterer fremskridt for at løse disse begrænsninger.

USU postdoc-forsker Jian Lu og ph.d.-studerende Bo Hu, hovedforfatterne af papiret, med kandidatstuderende Camden DeBruler, Yujing Bi, Yu Zhao, Bing Yuan, Maowei Hu og Wenda Wu og fakultetsrådgiver Tianbiao (Leo) Liu, Kontaktforfatter, og med kolleger fra Ocean University of China og Qingdao University of Science and Technology, rapportere en strategi, der øger AORFB lagerkapacitet, sikkerhed og ydeevne med en enkel designjustering.

Holdets forskning er støttet af USU og et Utah Science Technology and Research (USTAR) Initiative University Technology Acceleration Grant (UTAG).

"Vi fandt tidligere ud af, at K ₄ [Fe(CN) ₆ ] er kemisk stabil i pH-neutral opløsning, men ikke i alkaliske opløsninger, " siger Liu, adjunkt i USU's Institut for Kemi og Biokemi. "Imidlertid, den relative lave opløselighed af K ₄ [Fe(CN) ₆ ] (0,76 M) er en udfordring for flowbatteriapplikationer."

I denne avis, han siger, holdet rapporterer en simpel formelsubstitution, der væsentligt forbedrer opløseligheden af ​​kaliumferrocyanid, K ₄ [Fe(CN) ₆ ], ved at erstatte kaliumkationerne (K ⁺ ) med mere hydrofile ammoniumioner (NH ₄ ⁺ ).

"Det nydesignede (NH ₄ ) ₄ [Fe(CN) ₆ ] som katodeelektrolyt kan opnå en høj opløselighed på 1,6 M i vand, dobbelt som K ₄ [Fe(CN) ₆ ]." siger Lius. "Desuden, (NH ₄ ) ₄ [Fe(CN) ₆ ], med sin høje opløselighed, udviser også meget højere ledningsevne, hvilket øger energieffektiviteten og ydeevnen for flowbatterier."

I øvrigt, han siger, holdet fandt afgiftsoverførslen, ved at bruge ammonium, er hurtigere end kalium, hvilket yderligere forbedrer batteriernes energieffektivitet og ydeevne. Når parret med en viologen anode elektrolyt kaldet (SPr)2V, en proces, som holdet for nylig har offentliggjort, en 24,1 Wh/L (NH ₄ ) ₄ [Fe(CN) ₆ ]/(SPr) ₂ V flow batteri leverede hidtil uset cykelstabilitet i 1000 cyklusser, repræsenterer det mest stabile flow-batteri, der er kendt til dato.

"Dette batteri leverede også en høj effekttæthed på 72,5 mW/cm ² ." siger Liu. "Med dets billige materialer, dette højtydende flow-batteri er yderst attraktivt til praktiske energilagringsapplikationer."