An FeIII Azamacrocyclic Complex as a pH‐Tunable Catholyte and Anolyte for Redox‐Flow Battery Applications

氧化还原 流动电池 化学 本体电解 电解质 水溶液 无机化学 电解 电化学 电极 物理化学
作者
Pavel B. Tsitovich,Anjula M. Kosswattaarachchi,Matthew R. Crawley,Timothy Y. Tittiris,Timothy R. Cook,Janet R. Morrow
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:23 (61): 15327-15331 被引量:27
标识
DOI:10.1002/chem.201704381
摘要

A reversible Fe3+ /Fe2+ redox couple of an azamacrocyclic complex is evaluated as an electrolyte with a pH-tunable potential range for aqueous redox-flow batteries (RFBs). The FeIII complex is formed by 1,4,7-triazacyclononane (TACN) appended with three 2-methyl-imidazole donors, denoted as Fe(Tim). This complex exhibits pH-sensitive redox couples that span E1/2 (Fe3+ /Fe2+ )=317 to -270 mV vs. NHE at pH 3.3 and pH 12.8, respectively. The 590 mV shift in potential and kinetic inertness are driven by ionization of the imidazoles at various pH values. The Fe3+ /Fe2+ redox is proton-coupled at alkaline conditions, and bulk electrolysis is non-destructive. The electrolyte demonstrates high charge/discharge capacities at both acidic and alkaline conditions throughout 100 cycles. Given its tunable redox, fast electrochemical kinetics, exceptional stability/cyclability, this complex is promising for the design of aqueous RFB catholytes and anolytes that utilize the earth-abundant element iron.

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