Micellar Solubilization for High‐Energy‐Density Aqueous Organic Redox Flow Batteries

氧化还原 溶解度 胶束 电解质 水溶液 电化学 化学 化学工程 流动电池 无机化学 材料科学 有机化学 电极 物理化学 工程类
作者
Youngsu Kim,Giyun Kwon,Sung O Park,Heechan Kim,Jihyeon Kim,Kyoungoh Kim,Jaekyun Yoo,Donghwan Lee,Kisuk Kang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (41) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/aenm.202302128
摘要

Abstract High solubility of active materials is crucial for achieving a high‐energy‐density catholyte/anolyte in redox flow batteries. However, solubility largely depends on the compatibility with electrolyte, limiting the types of redox‐active materials that can be used in aqueous electrolytes. Herein, a universal strategy is introduced to attain a high solubility of active materials regardless of the compatibility with aqueous electrolytes while preserving their intrinsic redox activity via micellar solubilization. Leveraging the amphiphilic nature of surfactant molecules, insoluble redox‐active materials are encapsulated by surfactants to be dissolvable with significant solubility. As a demonstration, it is showed that an order‐of‐magnitude solubility enhancement can be achieved for (2,2,6,6‐tetramethylpiperidin‐1‐yl)oxyl (TEMPO) in aqueous catholyte (≈0.8 m ). Consequently, the catholyte performance of TEMPO is fully harnessed, leading to an energy density enhancement of more than ten times compared to that in bare electrolyte. It is also observed that micellar solubilization unexpectedly improves the cycle stability, attributed to the mitigation of intermolecular side reactions and reduced crossover. Finally, the fundamental electrochemical reaction mechanism of micelle‐encapsulated TEMPO is discussed. This strategy offers a new insight regarding the solubility and stability of the catholyte/anolyte, and is expected to be applicable to other redox‐active molecules, opening up an unexplored micellar chemistry in redox flow batteries.
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