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Enregistrement W4401698764 · doi:10.1149/ma2024-013541mtgabs

Use of DFT to Evaluate Properties of Viologen Derivatives for Redox Flow Batteries

2024· article· en· W4401698764 sur OpenAlexaff
Alizée Débiais, Dominic Rochefort, Radu Iftimie, Calvine Lai, H. Lebel

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced battery technologies research
Établissements canadiensUniversité de Montréal
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésViologenRedoxChemistryFlow (mathematics)Combinatorial chemistryComputer sciencePhotochemistryInorganic chemistryMechanicsPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Renewable energy technologies, such as wind or solar energy, depend upon intermittent sources, which make long-term storage an important issue for a large-scale application. A way to efficiently store this energy is to use redox flow batteries, where electricity is stored in a liquid electrolyte circulating through an electrochemical cell. The main advantage of this system is the decoupling of power and energy, allowing to increase the storage more efficiently than other technologies, which is advantageous for large-scale stationary systems. 1 Most commercial redox flow batteries currently use vanadium as the active material. Although it is a stable metal, its price is high and volatile, and vanadium extraction is responsible for more than 80% of the environmental cost of a vanadium-based redox flow battery. 2 A cheaper, more environment friendly and safer alternative to vanadium is to use organic molecules as active material in an aqueous solvent. 3 Organic molecules also offer opportunities to easily tune properties by modifying their structure. This tunability of organic molecules is a great advantage to maximize desired properties: high solubility in water, low viscosity and optimal redox potential (high for positive electrolyte and low for the negative one). The possibilities of modification are however almost infinite and it would be unrealistic to evaluate experimentally all the possible derivatives of even only one family of redox centers. Therefore, computational chemistry, which permits to study molecules properties and draw tendencies within a shorter time frame, is an especially useful tool to assist the design of better performing molecules. 4 In this work, we use DFT to study the effect of some structural modifications on the properties of viologen core molecules, with the aim of using them in aqueous organic redox flow batteries (AORFB). In the first part of this presentation, we show the study of PEG chain conformation of PEGylated viologen derivatives in order to explain experimental trends in solubility for different PEG chain lengths. We show that the experimental measure of solubility correlates with the folding of the PEG chain, which is more favored for longer chains. We also see a correlation between asymmetry, dipolar moment and solubility for these molecules, meaning that calculation of the dipole can give an approximate idea of solubility. However, no significant change in redox potential is measured with this type of structural modification. Therefore, in the second part of this study, we present a study of the effect of adding small functional groups directly on the viologen bipyridine core to tune their redox potential. We developed a computational method to calculate the theoretical redox potentials of these derivatives, and we correlate the values to experimental results, and obtained a R factor correlation of 0,9, supporting the validity of the method, which could be used to accurately predict redox potential of other viologen derivatives. These results show the insight computational chemistry can provide for interpretation of experimental data, and the potential of this method to predict and design new optimized molecules for aqueous organic redox flow batteries. References (1) Bai, H. Y.; Song, Z. Y. Lithium-ion battery, sodium-ion battery, or redox-flow battery: A comprehensive comparison in renewable energy systems. J Power Sources 2023 , 580 . (2) Weber, S.; Peters, J. F.; Baumann, M.; Weil, M. Life Cycle Assessment of a Vanadium Redox Flow Battery. Environ Sci Technol 2018 , 52 (18), 10864-10873. (3) DeBruler, C.; Hu, B.; Moss, J.; Liu, X. A.; Luo, J. A.; Sun, Y. J.; Liu, T. L. Designer Two-Electron Storage Viologen Anolyte Materials for Neutral Aqueous Organic Redox Flow Batteries. Chem-Us 2017 , 3 (6), 961-978. (4) Asenjo-Pascual, J.; Salmeron-Sanchez, I.; Mauleón, P.; Agirre, M.; Lopes, A. C.; Zugazua, O.; Sánchez-Díez, E.; Avilés-Moreno, J. R.; Ocón, P. DFT calculation, a practical tool to predict the electrochemical behaviour of organic electrolytes in aqueous redox flow batteries. J Power Sources 2023 , 564 . Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,317
Score d'incertitude au seuil0,519

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,064
Tête enseignante GPT0,301
Écart entre enseignants0,237 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2024
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