A low-cost sulfate-based all iron redox flow battery

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作者
Sicen Yu,Xiujun Yue,John Holoubek,Xing Xing,Eric Pan,Tod A. Pascal,Ping Liu
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:513: 230457-230457 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.230457
摘要

Redox flow batteries (RFBs) are promising choices for stationary electric energy storage. Nevertheless, commercialization is impeded by high-cost electrolyte and membrane materials. Here, we report a low-cost all-iron RFB that features inexpensive FeSO4 electrolytes, microporous membrane along with a glass fiber separator. The addition of 0.1 м 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMIC) overcomes the low solubility of FeSO4 in water which is raised to 2.2 м. DFT calculations demonstrate that EMI+ can strengthen the interaction between sulfate anions and water molecules. This electrolyte composition also allows both anode and cathode reactions to operate without actively maintaining a pH gradient between them, thus eliminating the need for expensive ion exchange membranes. The all-iron RFB demonstrates stable operation at a current density of 20 mA cm−2 for more than 800 cycles via a simple, periodic regeneration process. Furthermore, the system cost of FeSO4/EMIC RFBs is projected to be $ 50 per kWh due to its low-cost active materials and the inexpensive microporous membrane. This low-cost, high-concentration all-iron RFB is a promising stationary energy‐storage system for storing renewable energy.
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