Dicationic Heteroaryl Pyridinium As a Highly Stable, Soluble, and Crossover-Resistant Anolyte for Nonaqueous Redox Flow Batteries
Notice bibliographique
Résumé
Recently, redox flow batteries (RFBs) have emerged as one of the promising candidates for safe and economical grid-scale energy storage system (ESS) that store the intermittent energies such as wind or solar energy. Unlike the conventional aqueous vanadium RFBs, the design of new molecules in nonaqueous RFB (NRFB) has been in the spotlight for the high energy density, cycling stability, and low cost. Among the redox active materials, in particular, organic molecule has various structures through functionalization, and thus its redox potential, solubility, and chemical stability can be controlled. However, there are only a few viable negative-side redox electrolyte, called a negolyte (or anolyte) to date, and even the reported negolytes have suffered from low solubility and stability, and severe crossover problems for long-term cycling. Here we show the systematic design strategies for pyridinium-based organic redox molecule to enhance the its stability and solubility and suppress the crossover rate for NRFB. A benzo[d]thiazole ring, which provides an electron-withdrawing effect, was introduced at the C4 position of pyridinium core by Pd catalyzed C-H arylation. The addition of the π-conjugation system to the pyridinium redox core was key to enhance chemical and electrochemical stability, resulting in negatively low redox potential of -1.19 ~ 1.21 V vs. Fc/Fc+. The solubility of pyridinium derivatives was significantly enhanced from 0.26 M to 1.00 M in acetonitrile by simple anion exchange from tetrafluoroborate (BF4 -) or hexafluorophosphate (PF6 -) anion to bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI-) anion. Moreover, exchanging the functional group on N of pyridinium from methyl group to cationic 3-(trimethylammonio)propyl (TMAP) group suppressed the crossover rate with an anion-exchange membrane in the NRFB. 4-(benzo[d]thaizol-2-yl)-1-(3-(trimethylammonio)propyl)pyridin-1-ium (TMAP-BTP) led to electrochemical stability in symmetric cell, showing a capacity decay rate of 0.0083% per cycle. Contrary to the results of only 60% capacity retention after 100 cycle in full cell with 4-(benzo[d]thaizol-2-yl)-1-methylpyridin-1-ium (BTP) as negolyte, in the case of full cell with TMAP-BTP as negolyte, the capacity retention was significantly increased, showing 89.8 % after 100 cycle, which is ~0.08% capacity decay rate per cycle. In this presentation, I will demonstrate the more detailed design strategies, cycling performances, and electrolyte analysis. (Figure 1).1 References Ahn, J. H. Jang, J. Kang, M. Na, J. Seo, V. Singh, J. M. Joo and H. R. Byon, ACS Energy Lett., 6, 3390 (2021). Figure 1
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».