Developing terpyridine-based metal complexes for non-aqueous redox flow batteries

氧化还原 三吡啶 材料科学 水溶液 电化学 电解质 循环伏安法 流动电池 溶解度 金属 配体(生物化学) 无机化学 化学工程 电极 化学 物理化学 冶金 受体 工程类 生物化学
作者
Bin Liu,Chun Wai Tang,Wei Wei,Cheng Zhang,Guochen Jia,Tianshou S. Zhao
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:60: 102808-102808 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102808
摘要

This paper describes the design and synthesis of a series of terpyridine-based complexes of the first-row transition metals Cr, Mn, Fe, and Co for non-aqueous redox flow batteries (NARFBs). Electrochemical studies reveal that these complexes can undergo multi-electron transfer redox reactions. In particular, the Mn and Fe-based complexes exhibit both low negative redox potentials and high positive redox potential, permitting them to serve as a bipolar electrolyte for symmetric RFBs with a cell voltage of more than 2 V. The solubility of these complexes can be effectively improved by incorporating a polyether substituent on the terpyridine ligand and counter anion optimization. The iron complex [Fe(tpy-O(CH2CH2O)3CH3)2][TFSI]2 shows a high solubility of 0.76 M in MeCN. The fabricated iron-based symmetric NARFB demonstrates a superior battery performance with a high cell voltage of 2.3 V, columbic efficiency of 97%, energy efficiency as high as 88%, and stable charge-discharge capacity retention of 60% after 160 cycles, corresponding to 99.75 % capacity retention per cycle. The post-cycling cyclic voltammetry (CV), UV-Vis, and 1H-NMR characterizations indicate only minor chemical decomposition of the cycled complex, confirming its good charging-discharging stability.
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