An Inexpensive Aqueous Flow Battery for Large-Scale Electrical Energy Storage Based on Water-Soluble Organic Redox Couples

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作者
Bo Yang,Lena Hoober-Burkhardt,Fang Wang,G. K. Surya Prakash,S. R. Narayanan
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:161 (9): A1371-A1380 被引量:361
标识
DOI:10.1149/2.1001409jes
摘要

We introduce a novel Organic Redox Flow Battery (ORBAT), for meeting the demanding requirements of cost, eco-friendliness, and durability for large-scale energy storage. ORBAT employs two different water-soluble organic redox couples on the positive and negative side of a flow battery. Redox couples such as quinones are particularly attractive for this application. No precious metal catalyst is needed because of the fast proton-coupled electron transfer processes. Furthermore, in acid media, the quinones exhibit good chemical stability. These properties render quinone-based redox couples very attractive for high-efficiency metal-free rechargeable batteries. We demonstrate the rechargeability of ORBAT with anthraquinone-2-sulfonic acid or anthraquinone-2,6-disulfonic acid on the negative side, and 1,2-dihydrobenzoquinone- 3,5-disulfonic acid on the positive side. The ORBAT cell uses a membrane-electrode assembly configuration similar to that used in polymer electrolyte fuel cells. Such a battery can be charged and discharged multiple times at high faradaic efficiency without any noticeable degradation of performance. We show that solubility and mass transport properties of the reactants and products are paramount to achieving high current densities and high efficiency. The ORBAT configuration presents a unique opportunity for developing an inexpensive and sustainable metal-free rechargeable battery for large-scale electrical energy storage.
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