Highly Soluble TEMPO‐Viologen Bipolar Molecule for Ultra‐Stable Aqueous Redox Flow Batteries

小提琴手 氧化还原 水溶液 流动电池 电化学 分子 溶解度 电解质 材料科学 化学 光化学 无机化学 物理化学 有机化学 电极
作者
Liwen Wang,Mingbao Huang,Kai Wan,Zhiyong Fu,Zhipeng Xiang,Zhenxing Liang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (11) 被引量:28
标识
DOI:10.1002/adfm.202310620
摘要

Abstract Bipolar redox‐active organic molecule (BROM) is a feasible strategy to address the cross‐contamination issue of the electrolyte and, thus, improve the stability of the flow battery. Herein, a highly‐soluble BROM is developed by combining the 2,2,6,6‐tetramethylpiperidine‐1‐oxyl (TEMPO) and viologen moieties, and extensive characterizations are performed to evaluate its applicability in flow battery. Salient findings are as follows. First, the compound, viz . 1‐(1‐oxyl‐2,2,6,6‐tetramethylpiperidin‐4‐yl)‐1′‐(3‐(trimethylammonio)propyl)‐4,4′‐bipyridinium trichloride ((TPABPy)Cl 3 ), features highly hydrophilic groups and yields a high aqueous solubility of 1.76 m . Second, the electrochemical result reveals that the (TPABPy)Cl 3 displays two pairs of highly reversible peaks at −0.56 and 0.76 V, which respectively correspond to the viologen and TEMPO moieties. The electronic structure during the redox reactions is identified by both the density functional theory calculation and the electron paramagnetic resonance. Third, the flow battery fed with the 1.0 m (TPABPy)Cl 3 solution delivers a high capacity of 25 Ah L −1 and a superior stability over the non‐bipolar counterparts. More to the point, the capacity decay can be effectively recovered by applying the polarity‐inversion rebalance strategy on the BROM. In summary, this work provides a molecular engineering way to rationally design a BROM to improve the capacity and stability of aqueous organic redox flow batteries.
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