Nowe pochodne naftalenu poprawiają stabilność powietrza i wydajność cykliczną ORAM w AOFB, potencjalnie poprawiając zrównoważone magazynowanie energii.
Organiczne cząsteczki aktywne redoks (ORAM) są liczne i różnorodne, co stwarza ogromny potencjał w zakresie niedrogiego i zrównoważonego magazynowania energii, zwłaszcza w wodnych, organicznych bateriach przepływowych (AOFB). Jednak utrzymanie stabilności modułów ORAM podczas ładowania i rozładowywania ma kluczowe znaczenie, ponieważ reakcje uboczne mogą je dezaktywować, czyniąc je nieaktywnymi. Stabilność w powietrzu wielu ORAMów również stanowi poważne wyzwanie, utrudniając ich praktyczne zastosowanie.
Niedawno grupa badawcza kierowana przez prof. Xianfenga Li i prof. Changkuna Zhanga z Dalian Institute of Chemical Physics (DlCP) Chińskiej Akademii Nauk (CAS) opracowała nowe pochodne naftalenu z aktywnymi rusztowaniami hydroksylowymi i dimetyloaminowymi, które były stabilne w powietrzu i służyły jako skuteczne katolity dla AOFB. Badanie to, opublikowane w Zrównoważony rozwój przyrodypokazuje, że te nowatorskie pamięci ORAM mogą zapewnić długoterminową stabilną pracę cykliczną nawet w warunkach atmosferycznych.
Wyzwania i rozwiązania dotyczące stabilności ORAM
Wyzwaniem dla modułów ORAM jest niestabilność i wysokie koszty, szczególnie gdy są używane bez zabezpieczenia przed gazem obojętnym. Może to prowadzić do nieodwracalnej utraty pojemności i skrócenia żywotności baterii.
W tym badaniu naukowcy zsyntetyzowali aktywne pochodne naftalenu, stosując skalowalne podejście, które łączyło metody chemiczne i elektrochemiczne in situ. Takie podejście uprościło proces oczyszczania i znacznie obniżyło koszty syntezy molekularnej.
Ponadto badacze wykazali specyficzne zmiany struktury pochodnych naftalenu podczas procesu elektrochemicznego. Tak przygotowane pochodne naftalenu charakteryzują się wielopodstawionym szkieletem z hydrofilowymi rusztowaniami alkiloaminowymi, które nie tylko chronią przed potencjalnymi reakcjami ubocznymi, ale także poprawiają ich rozpuszczalność w wodnych elektrolitach.
AOFB na bazie naftalenu o stężeniu 1,5 mol/l wykazywał stabilną wydajność cykliczną przez 850 cykli (około 40 dni) przy pojemności 50 Ah L-1. Co ciekawe, nawet przy ciągłym przepływie powietrza w katolicie, AOFB na bazie naftalenu może działać płynnie przez około 600 cykli (około 22 dni) bez spadku wydajności i wydajności. Wykazało to, że katolit na bazie naftalenu miał doskonałą stabilność w powietrzu.
Ponadto badacze skalowali wytwarzanie pochodnych naftalenu do skali kilogramowej (5 kg na garnek). Stosy akumulatorów o skali pilotażowej zawierające te pochodne naftalenu osiągnęły średnią pojemność systemu około 330 Ah. Wykazywały niezwykłą stabilność cykliczną przez 270 cykli (około 27 dni), przy zachowaniu wydajności na poziomie 99,95% na cykl.
„Oczekuje się, że to badanie otworzy nową dziedzinę w projektowaniu stabilnych w powietrzu cząsteczek molekularnych na potrzeby zrównoważonego i stabilnego w powietrzu elektrochemicznego magazynowania energii” – powiedział prof. Li.
Odniesienie: „Electrolity na bazie pochodnych naftalenu stabilne w powietrzu do akumulatorów o zrównoważonym przepływie wodnym” autorstwa Ziming Zhao, Tianyu Li, Changkun Zhang, Mengqi Zhang, Shenghai Li i Xianfeng Li, 28 sierpnia 2024 r., Zrównoważony rozwój przyrody.
DOI: 10.1038/s41893-024-01415-6
