Charge-Dependent Crossover in Aqueous Organic Redox Flow Batteries Revealed Using Online NMR Spectroscopy

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作者
Emma J. Latchem,Thomas J. Kress,Peter A. A. Klusener,R. Vasant Kumar,Alexander C. Forse
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:15 (5): 1515-1520 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.3c03482
摘要

Aqueous organic redox-flow batteries (AORFBs) are promising candidates for low-cost grid-level energy storage. However, their wide-scale deployment is limited by crossover of redox-active material through the separator membrane, which causes capacity decay. Traditional membrane permeability measurements do not capture all contributions to crossover in working batteries, including migration and changes in ion size and charge. Here we present a new method for characterizing crossover in operating AORFBs using online 1H NMR spectroscopy. By the introduction of a separate pump to decouple NMR and battery flow rates, this method opens a route to quantitative time-resolved monitoring of redox-flow batteries under real operating conditions. In this proof-of-concept study of a 2,6-dihydroxyanthraquinone (2,6-DHAQ)/ferrocyanide model system, we observed a doubling of the 2,6-DHAQ crossover during battery charging, which we attribute to migration effects. This new membrane testing methodology will advance our understanding of crossover and accelerate the development of improved redox-flow batteries.
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