Extending the Lifetime of Organic Flow Batteries via Redox State Management

化学 蒽醌 氧化还原 蒽酮 可再生能源 分解 蒽醌类 流动电池 电池(电) 电解质 有机化学 电极 热力学 功率(物理) 物理 工程类 物理化学 电气工程 生物 植物
作者
Marc‐Antoni Goulet,Liuchuan Tong,Daniel A. Pollack,Daniel P. Tabor,Susan A. Odom,Alán Aspuru‐Guzik,Eugene E. Kwan,Roy G. Gordon,Michael J. Aziz
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (20): 8014-8019 被引量:191
标识
DOI:10.1021/jacs.8b13295
摘要

Redox flow batteries based on quinone-bearing aqueous electrolytes have emerged as promising systems for energy storage from intermittent renewable sources. The lifetime of these batteries is limited by quinone stability. Here, we confirm that 2,6-dihydroxyanthrahydroquinone tends to form an anthrone intermediate that is vulnerable to subsequent irreversible dimerization. We demonstrate quantitatively that this decomposition pathway is responsible for the loss of battery capacity. Computational studies indicate that the driving force for anthrone formation is greater for anthraquinones with lower reduction potentials. We show that the decomposition can be substantially mitigated. We demonstrate that conditions minimizing anthrone formation and avoiding anthrone dimerization slow the capacity loss rate by over an order of magnitude. We anticipate that this mitigation strategy readily extends to other anthraquinone-based flow batteries and is thus an important step toward realizing renewable electricity storage through long-lived organic flow batteries.
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