Molecular engineering the naphthalimide compounds as High-Capacity anolyte for nonaqueous redox flow batteries

氧化还原 化学 流量(数学) 化学工程 分子工程 组合化学 纳米技术 有机化学 材料科学 工程类 几何学 数学
作者
Donghan Xu,Cuijuan Zhang,Yongdan Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:439: 135766-135766 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135766
摘要

• N-substituted naphthalimides are employed as stable anolyte material for NARFBs. • Molecular Engineering is used to enhance solubility from 0.31 M to 1.22 M. • The NARFB exhibits stable cycling with 90.3% discharge capacity retention over 100 cycles. • High capacity of 16.3 Ah L -1 and energy density of 35.6 Wh L −1 can be achieved at 1.0 M. Nonaqueous redox flow batteries (NARFBs) hold great promise to offer high energy density due to the broader electrochemical window. However, the achieved energy density is relatively low due to the poor stability and low solubility of redox active materials. Herein, we demonstrate that N-substituted naphthalimides can be employed as stable anolyte material for NARFBs. N-(naphthalimidoethyl)-N,N-dimethyl-N-ethylammonium bis(trifluoromethane-sulfonyl)imide (NI-TFSI) was designed via an ionic modification strategy, resulting in enhanced solubility from 0.31 M to 1.22 M. The NARFB based on NI-TFSI exhibits stable cycling with 90.3% discharge capacity retention over 100 cycles and high-rate capability with the average discharge capacity of 1.27 Ah L -1 even at 120 mA cm −2 . Benefiting from the high solubility of the redox active materials, capacity of 16.3 Ah L -1 and energy density of 35.6 Wh L −1 can be achieved at 1.0 M, which represent the benchmark of high-energy–density NARFBs.
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