Многообещающий молекулярный катализатор для водного окислительно-восстановительного потока на основе полисульфида

Полисульфид-ферроцианидный окислительно-восстановительный стек для окислительно-восстановительной батареи (100 см2 с двумя клетками в последовательнох) катализируется рибофлавином фосфата натрия, работающего при 100 мА см-2 (общее 10А).Кредит: Jiafeng Lei.

В последние годы исследователи изучали потенциал широкого спектра новых технологий аккумуляторов, в том числе так называемые окислительно-восстановительные батареи.Окислительно-восстановительные батареи, также известные как проточные батареи, представляют собой батареи, которые генерируют электричество и хранят энергию с помощью так называемых окислительно-восстановительных химических реакций.

Полисульфиды являются активными материалами, которые могут быть особенно перспективными для развития потоковых аккумуляторов из-за их недорогих и изобилии на земле.Однако, несмотря на их выгодные характеристики, эти материалы демонстрируют вялую окислительно -восстановительную реакцию или реакцию восстановления.До сих пор это ограничивало как энергоэффективность, так и плотность мощности проточных батарей на основе полисульфида.

Исследователи из Китайского университета Гонконга недавно представили новый молекулярный катализатор, который мог бы помочь повысить производительность проточных батарей на основе полисульфидов.Этот катализатор, введенный в природу энергии, является одновременно долговечным и активным, что позволяет быстрым окислительно -восстановительным реакциям внутри ячейки батареи.

«Идея введения окислительно-восстановительных молекулярных катализаторов впервые пришла к нам во время встречи с уколом мозга с командой, в которой мы обсуждали узкие места для коммерциализации RFB на основе полисульфид»,-один из исследователей, один из исследователей.который провел исследование, рассказал Tech Xplore.

«В то время мы только что закончили еще один проект по решению проблемы« мертвого mno2 »в цинк-манганскомснижение полисульфида ».

Изоаллоксазин и хинон являются двумя веществами, часто используемыми в энергетических применениях, поскольку они, как известно, являются эффективными электронными шаттлами.В живых клетках эти молекулы могут опытно переносить электроны в так называемой дыхательной цепи, что в конечном итоге производит энергию.Новый молекулярный катализатор, представленный Лу и его коллегами, основан на соединении, полученном из изоаллоксазина, а именно, а именно рибофлавина натрияфосфата (FMN-NA).

«FMN-NA, производное изоаллоксазина, является идеальным кандидатом для катализации снижения полисульфида из-за его быстрого окислительно-восстановительного кинетики и подходящего окислительно-восстановительного потенциала»,-пояснил Лу.«Во время процесса зарядки молекулярный катализатор получает электроны от электрода и снижается, образуя пониженную FMN. Этот комплекс впоследствии переносит электроны в полизсульфид посредством спонтанной химической реакции, во время которой молекулярный катализатор окисляется обратно в исходное состояние (окисляемое-окисляемое-окисляемое-окисляемое-окисляемое-окисляемое (окисляемое-окисляемое-окисляемое (окисляемое-окисляемое (окисляемое-окисляемое (окисляемое-окисляемое-окисляемое химическое реакцию.Fmn). ”

Стратегия проектирования, предложенная этой группой исследователей, может улучшить возможности электрохимического восстановления полисульфидов, что, в свою очередь, может способствовать окислительно-восстановительным реакциям внутри батареи на основе полисульфида.Это достигается благодаря быстрой окислительно-восстановительной кинетике молекулярного катализатора FMN-NA, который они идентифицировали.

«Большинство зарегистрированных катализаторов для водных полисульфидных проточных батарей представляют собой твердые электрокатализаторы, которые представляют собой гетерогенный катализ с использованием твердого вещества для катализатора реакции в растворе (то есть реакция восстановления полисульфида)», - сказал Лу.

«В отличие от гетерогенного катализа, молекулярный катализ не ограничивается активными местами электрода и поверхности катализатора, поскольку как реагент (S42–), так и катализатор (FMN-NA) солюбилизируются. Наша работа показывает, что гомогенный катализ является эффективным подходом кОбращаясь к вялой кинетике полисульфида “.

В экспериментах было обнаружено, что ячейки с потоковой батареей, содержащие катализатор команды, работают хорошо, распадаясь со скоростью 0,00004% за цикл после бега в течение 2000 циклов при 40MACM-2.Чтобы продемонстрировать масштабируемость катализатора, Лу и его коллеги использовали его для создания стека клеток 100 см2.

Как продемонстрировано первоначальные результаты исследователей, их подход к повышению производительности проточных батарей на основе полисульфида также может быть увеличен для создания более крупных систем аккумулятора потока.Будущие исследования могут помочь дальнейшей оценке и проверке потенциала этого подхода, протестировав производительность различных батарейных клеток, содержащих катализатор FMN-NA.

«Мы считаем, что этот подход может быть широко применен к другим системам потока», - добавил Лу.«Сейчас мы работаем с нашим промышленным партнером Luquos Energy Ltd. для дальнейшей исследования и разработки и коммерциализации».

Больше информации: Jiafeng Lei et al., Активный и прочный молекулярный катализатор для водного окислительно-восстановительного потока на основе полисульфида, энергия природы (2023).Doi: 10.1038/s41560-023-01370-0

Jiafeng Lei et al. На пути к водным цинковым батареям с высокой капотацией.Энергетическая и экологическая наука (2021).Doi: 10.1039/d1ee01120k.

© 2023 Science X Network