Electrolyte Additives and 3D X-ray Tomography Study of All Iron Redox Flow Batteries in a Full-Cell Configuration for High Capacity Retention

电解质 氧化还原 材料科学 化学 X射线 电极 化学工程 无机化学 物理化学 物理 量子力学 工程类
作者
Mohammad Furquan,Saad Ali,Syed Rizwanullah Hussaini,Zahid Manzoor Bhat,Muhammad Aurang Zeb Gul Sial,Atif Saeed Alzahrani,Zain H. Yamani,Mohammad Qamar
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:38 (5): 4699-4710 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.3c04842
摘要

All-iron redox flow batteries (Fe-RFBs) can be the grid's most cost-effective and environmentally friendly electrochemical energy storage solution. However, low-capacity retention due to electrolyte degradation is the major hurdle in its progress. This study examines the effects of different electrolyte additives and their effects on the Fe-RFBs system in a full-cell configuration. Adding hydrochloric acid (HCl) results in a slow aging of the iron chloride electrolyte compared to that without HCl, leading to improved electrochemical performance. This improvement is evident in terms of both capacity retention and Coulombic efficiency (CE). HCl (0.2 M) addition in the electrolyte results in a discharge capacity retention of around 98% compared with 73% without HCl after 150 cycles. Moreover, the plating patterns of Fe at the negative electrode are also greatly affected due to HCl. Ex situ 3D X-ray tomography of Fe-plated electrodes in the presence and absence of HCl in an all-iron chloride electrolyte within the full-cell system is conducted, and the iron deposition pattern on the electrodes is obtained by FE-SEM. This study reveals the critical role of additives in the reversibility of iron deposition and stripping and its overall effect on cycling life to all iron redox flow batteries.

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