I ricercatori di Skoltech e i loro collaboratori hanno progettato, sintetizzato e valutato nuovi composti che possono fungere da catoliti e anoliti per batterie a flusso redox organico, avvicinando questa promettente tecnologia all'implementazione su larga scala. I due articoli sono stati pubblicati nel Journal of Materials Chemistry A e Comunicazioni chimiche .

Lo stoccaggio dell'energia è una componente cruciale di un sistema energetico più verde del futuro basato su fonti rinnovabili; le batterie devono essere integrate con parchi eolici e solari e devono essere scalabili, sicuro, e flessibili nel loro design e durata. Le batterie a flusso redox (RFB) sono tutte queste cose, tuttavia uno dei principali ostacoli alla commercializzazione è stata la loro bassa capacità specifica. Così, molti sforzi di ricerca si concentrano sullo sviluppo di componenti della batteria migliori per superare questo ostacolo.

"Il vantaggio principale delle batterie a flusso redox è la scalabilità:la capacità della batteria è limitata solo dal volume dell'elettrolita, quindi è la costruzione ideale per lo stoccaggio di energia su larga scala. Oggi stiamo lavorando con materiali organici redox-attivi solubilizzati in solventi organici (RFB organici non acquosi). I principali vantaggi per l'RFB organico non acquoso sono l'alta tensione delle celle (fino a 5V, rispetto a circa 1,6 V per i sistemi ad acqua), una grande varietà di molecole organiche redox-attive che possono essere applicate a freddo, e potenziale operabilità a basse temperature, senza alcuna preoccupazione per il congelamento al di sotto di 0 gradi C. In quanto tale questo lavoro offre notevoli progressi per lo sviluppo di RFB di questo tipo, "Skoltech dottoranda Elena Romadina, il primo autore di entrambi gli articoli, spiega.

Nei due giornali, Elena Romadina e i suoi colleghi descrivono materiali catolita e anolita altamente promettenti per gli RFB:materiali a base di triarilammina e un derivato della fenazina, rispettivamente. I sette composti a base di triarilammina altamente solubili attivi redox sono stati progettati, sintetizzato e testato per la solubilità e le proprietà elettrochimiche, con uno di loro, individuato come il candidato più promettente per ulteriori studi. Gli autori sottolineano che i composti sviluppati hanno mostrato una solubilità quasi illimitata in solventi organici polari come acetonitrile, il che li rende promettenti per RFB ad alta capacità. Nell'altro studio, un derivato della fenazina con sostituenti oligomerici di glicole etilenico etere è stato sintetizzato in un processo in due fasi e ha mostrato prestazioni solide come anolita RFB.

"Una batteria a flusso redox organico non acquosa designata come anolita a base di fenazina e il più promettente catolita a base di triarilamina ha mostrato un'elevata tensione di cella di 2,3 V, alta capacità,> 95% di efficienza coulombica e buona stabilità dei cicli di carica-scarica durante i 50 cicli, " scrivono gli autori nel ChemComm carta.

"Come risultato del nostro lavoro, abbiamo presentato una nuova classe di composti che potrebbero essere utilizzati negli RFB. In precedenza, le politriarilammine sono state studiate come materiale catodico per celle a ioni metallici, ma questa classe di composti non è stata studiata nelle batterie a flusso redox. Così, per noi e per altri scienziati è stata aperta una nuova struttura di base molto promettente. Le triarilammine hanno un potenziale redox stabile e completamente reversibile, e potrebbe essere facilmente modificato, fornendo diversi potenziali redox e proprietà fisiche. Inoltre, abbiamo scoperto che i composti a base di triarilammine potrebbero mantenere le loro proprietà elettrochimiche anche in presenza di acqua in solvente organico, che ha abbassato i requisiti per la preparazione e il costo del solvente, " aggiunge Romadina.

"Stiamo infatti esaminando entrambe le estremità della batteria nel tentativo di aumentare la tensione operativa delle celle e di prevenire altre degradazioni di catoliti e anoliti. Per rendere commercialmente fattibili gli RFB organici, abbiamo anche bisogno di ricerca in aree come la sintesi scalabile a basso costo di molecole redox-attive altamente solubili; lo sviluppo di membrane ad alte prestazioni che sono buoni conduttori ionici, ma inibiscono l'incrocio di anoliti e catoliti durante la carica e la scarica; e il ridimensionamento di celle più grandi e configurazioni di dispositivi a livello di stack per consentire lo stoccaggio di energia su scala di rete, "Professore Keith Stevenson, Skoltech prevosto e coautore degli articoli, dice.