A Neutral pH Aqueous Organic–Organometallic Redox Flow Battery with Extremely High Capacity Retention

化学 氧化还原 电解质 流动电池 水溶液 无机化学 分离器(采油) 电化学 二茂铁 溶解度 氯化物 有机化学 电极 热力学 物理 物理化学
作者
Eugene S. Beh,Diana De Porcellinis,Raquel Gracia,Kay T. Xia,Roy G. Gordon,Michael J. Aziz
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:2 (3): 639-644 被引量:421
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.7b00019
摘要

We demonstrate an aqueous organic and organometallic redox flow battery utilizing reactants composed of only earth-abundant elements and operating at neutral pH. The positive electrolyte contains bis((3-trimethylammonio)propyl)ferrocene dichloride, and the negative electrolyte contains bis(3-trimethylammonio)propyl viologen tetrachloride; these are separated by an anion-conducting membrane passing chloride ions. Bis(trimethylammoniopropyl) functionalization leads to ∼2 M solubility for both reactants, suppresses higher-order chemical decomposition pathways, and reduces reactant crossover rates through the membrane. Unprecedented cycling stability was achieved with capacity retention of 99.9943%/cycle and 99.90%/day at a 1.3 M reactant concentration, increasing to 99.9989%/cycle and 99.967%/day at 0.75–1.00 M; these represent the highest capacity retention rates reported to date versus time and versus cycle number. We discuss opportunities for future performance improvement, including chemical modification of a ferrocene center and reducing the membrane resistance without unacceptable increases in reactant crossover. This approach may provide the decadal lifetimes that enable organic–organometallic redox flow batteries to be cost-effective for grid-scale electricity storage, thereby enabling massive penetration of intermittent renewable electricity.
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