Near Neutral pH Redox Flow Battery with Low Permeability and Long‐Lifetime Phosphonated Viologen Active Species

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作者
Shijian Jin,Eric M. Fell,Lucia Vina-Lopez,Yan Jing,P. Winston Michalak,Roy G. Gordon,Michael J. Aziz
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (20) 被引量:121
标识
DOI:10.1002/aenm.202000100
摘要

Abstract A highly stable phosphonate‐functionalized viologen is introduced as the redox‐active material in a negative potential electrolyte for aqueous redox flow batteries (ARFBs) operating at nearly neutral pH. The solubility is 1.23 m and the reduction potential is the lowest of any substituted viologen utilized in a flow battery, reaching −0.462 V versus SHE at pH = 9. The negative charges in both the oxidized and the reduced states of 1,1′‐bis(3‐phosphonopropyl)‐[4,4′‐bipyridine]‐1,1′‐diium dibromide ( BPP−Vi ) effect low permeability in cation exchange membranes and suppress a bimolecular mechanism of viologen decomposition. A flow battery pairing BPP−Vi with a ferrocyanide‐based positive potential electrolyte across an inexpensive, non‐fluorinated cation exchange membrane at pH = 9 exhibits an open‐circuit voltage of 0.9 V and a capacity fade rate of 0.016% per day or 0.00069% per cycle. Overcharging leads to viologen decomposition, causing irreversible capacity fade. This work introduces extremely stable, extremely low‐permeating and low reduction potential redox active materials into near neutral ARFBs.
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