Utah State Universitys Liu Chemistry Lab rapporterar en strategi som ökar batterikapaciteten för vattenhaltigt organiskt redoxflöde, säkerhet och prestanda med en enkel designjustering. Designgenombrottet förbättrar energilagringskapaciteten för vind- och solenergi. Kredit:Tianbiao Liu
Sol- och vindenergi anses allmänt vara hållbar, miljövänliga alternativ till fossila bränslen, men var och en är endast tillfälligt tillgänglig. Båda lösningarna behöver överkomliga, högpresterande energilagringstekniker som bör övervägas för utbredd, tillförlitlig användning.
Vattenhaltiga organiska redoxflödesbatterier, känd som "AORFBs, "erbjuda en lovande storskalig energilagringslösning, men har fortfarande begränsningar. I en molekylär ingenjörsstudie publicerad online den 25 oktober, 2018, i Joule , Utah State University kemister rapporterar framsteg för att ta itu med dessa begränsningar.
USU postdoktor Jian Lu och doktoranden Bo Hu, huvudförfattare till tidningen, med doktorander Camden DeBruler, Yujing Bi, Yu Zhao, Bing Yuan, Maowei Hu och Wenda Wu och fakultetsrådgivare Tianbiao (Leo) Liu, motsvarande författare, och med kollegor från Ocean University of China och Qingdao University of Science and Technology, rapportera en strategi som ökar AORFB-lagringskapaciteten, säkerhet och prestanda med en enkel designjustering.
Teamets forskning stöds av USU och ett Utah Science Technology and Research (USTAR) Initiative University Technology Acceleration Grant (UTAG).
"Vi fann tidigare att K 4 [Fe(CN) 6 ] är kemiskt stabil i pH-neutral lösning, men inte i alkaliska lösningar, säger Liu, biträdande professor vid USU:s institution för kemi och biokemi. "Dock, den relativt låga lösligheten av K 4 [Fe(CN) 6 ] (0,76 M) är en utmaning för flödesbatteriapplikationer."
I det här pappret, han säger, teamet rapporterar en enkel formelsubstitution som avsevärt förbättrar lösligheten av kaliumferrocyaniden, K 4 [Fe(CN) 6 ], genom att ersätta kaliumkatjonerna (K + ) med mer hydrofila ammoniumjoner (NH 4 + ).
"Den nydesignade (NH 4 ) 4 [Fe(CN) 6 ] som katodelektrolyt kan uppnå en hög löslighet på 1,6 M i vatten, dubbelt så mycket som K 4 [Fe(CN) 6 ]." säger Lius. "Dessutom, (NH 4 ) 4 [Fe(CN) 6 ], med sin höga löslighet, uppvisar också mycket högre konduktivitet, vilket ökar energieffektiviteten och kraftprestanda för flödesbatterier."
Medlemmar av Utah State University Chemistry and Biochemistrys Liu Lab rapporterar framsteg inom hållbar batteridesign i tidskriften ‘Joule.’ Deras forskning stöds av ett Utah Science Technology Research Initiative (USTAR) University Technology Acceleration Grant. Kredit:Mary-Ann Muffoletto
Dessutom, han säger, laget hittade avgiftsöverföringen, använder ammonium, är snabbare än kalium, vilket ytterligare förbättrar batteriernas energieffektivitet och effektprestanda. När den paras ihop med en viologen anodelektrolyt som kallas (SPr)2V, en process som teamet nyligen publicerade, en 24,1 Wh/L (NH 4 ) 4 [Fe(CN) 6 ]/(SPr) 2 V-flödesbatteri levererade oöverträffad cykelstabilitet i 1000 cykler, representerar det mest stabila flödesbatteriet hittills känt.
"Detta batteri levererade också en hög effekttäthet på 72,5 mW/cm
2
." säger Liu. "Med sina billiga material, detta högpresterande flödesbatteri är mycket attraktivt för praktiska energilagringstillämpningar."
