Investigadores de Skoltech y sus colaboradores han diseñado, sintetizaron y evaluaron nuevos compuestos que pueden servir como catolitos y anolitos para baterías orgánicas de flujo redox, acercando esta tecnología prometedora a la implementación a gran escala. Los dos artículos fueron publicados en el Revista de Química de Materiales A y Comunicaciones químicas .

El almacenamiento de energía es un componente crucial de un sistema energético más ecológico del futuro basado en fuentes renovables; las baterías deben complementarse con parques eólicos y solares y deben ser escalables, a salvo, y flexible en su diseño y vida útil. Las baterías de flujo redox (RFB) son todas esas cosas, sin embargo, una barrera importante para la comercialización ha sido su baja capacidad específica. Entonces, Gran parte del esfuerzo de investigación se centra en desarrollar mejores componentes de batería para superar este obstáculo.

"La principal ventaja de las baterías de flujo redox es la escalabilidad:la capacidad de la batería está limitada solo por el volumen del electrolito, por lo que es la construcción ideal para el almacenamiento de energía a gran escala. Actualmente trabajamos con materiales orgánicos redox activos solubilizados en solventes orgánicos (RFB orgánicos no acuosos). Las principales ventajas de los RFB orgánicos no acuosos son el alto voltaje de celda (hasta 5 V, versus alrededor de 1,6 V para sistemas a base de agua), una gran variedad de moléculas orgánicas redox activas que se pueden aplicar en frío, y potencial operatividad a bajas temperaturas, sin ninguna preocupación por la congelación por debajo de 0 grados C. Como tal, este trabajo ofrece avances considerables para el desarrollo de RFB de este tipo, "Elena Romadina, estudiante de doctorado de Skoltech, el primer autor de ambos artículos, explica.

En los dos papeles, Elena Romadina y sus colegas describen materiales catolitos y anolitos muy prometedores para los RFB:materiales a base de triarilamina y un derivado de fenazina, respectivamente. Los siete compuestos a base de triarilamina activa redox altamente solubles fueron diseñados, sintetizado y probado para solubilidad y propiedades electroquímicas, con uno de ellos, señalado como el candidato más prometedor para estudios posteriores. Los autores enfatizan que los compuestos desarrollados exhibieron una solubilidad casi ilimitada en solventes orgánicos polares como el acetonitrilo, lo que los hace prometedores para los ORP de gran capacidad. En el otro estudio, Se sintetizó un derivado de fenazina con sustituyentes oligoméricos de éter de etilenglicol en un proceso de dos etapas y mostró un rendimiento sólido como anolito de RFB.

"Una batería de flujo redox orgánico no acuoso designada como anolito a base de fenazina y el catolito a base de triarilamina más prometedor exhibió un alto voltaje de celda de 2,3 V, alta capacidad,> 95% de eficiencia culómbica y buena estabilidad del ciclo de carga-descarga durante los 50 ciclos, "los autores escriben en el ChemComm papel.

"Como resultado de nuestro trabajo, presentamos una nueva clase de compuestos que podrían usarse en RFB. Previamente, Se investigaron las politriarilaminas como material catódico para las células de iones metálicos. pero esta clase de compuestos no se investigó en baterías de flujo redox. Por lo tanto, Se abrió una estructura central nueva y muy prometedora para nosotros y otros científicos. Las triarilaminas tienen un potencial redox estable y completamente reversible, y podría modificarse fácilmente, proporcionando diferentes potenciales redox y propiedades físicas. Es más, descubrimos que los compuestos a base de triarilaminas podrían conservar sus propiedades electroquímicas incluso en presencia de agua en un disolvente orgánico, lo que redujo los requisitos para la preparación y el costo del solvente, ", Añade Romadina.

"De hecho, estamos analizando ambos extremos de la batería en un esfuerzo por elevar el voltaje de la celda operativa y prevenir otra degradación de catolitos y anolitos. Para hacer que los RFB orgánicos sean comercialmente viables, también necesitamos investigación en áreas tales como síntesis escalable de bajo costo de moléculas activas redox altamente solubles; el desarrollo de membranas de alto rendimiento que sean buenos conductores iónicos, pero inhiben el cruce de anolitos y catolitos al cargarse y descargarse; y el escalado de configuraciones de dispositivos a nivel de pila y celda más grandes para permitir el almacenamiento de energía a escala de red, "Profesor Keith Stevenson, Rector de Skoltech y coautor de los artículos, dice.