Vanadium-Mediated High Areal Capacity Zinc–Manganese Redox Flow Battery

氧化还原 流动电池 阴极 法拉第效率 溶解 化学 沉积(地质) 化学工程 无机化学 电化学 电极 有机化学 古生物学 物理化学 工程类 生物 电解质 沉积物
作者
Jinpeng Cao,Kaifeng Yu,Jianing Zhang,Biao Lu,Juezhi Yu,Shiqiang Huang,Feifei Zhang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (16): 6320-6329 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c00195
摘要

Aqueous manganese redox flow batteries (AMRFBs) that rely on the two-electron transfer reaction of Mn 2+ /MnO 2 have garnered significant interest because of their affordability, high voltage, and excellent safety features. Nevertheless, the deposited MnO 2 tends to partially dissolve during discharge, impeding the sustained operation of AMRFBs, particularly at high areal capacities (>5 mA h cm –2 ). Herein, VO 2+ /VO 2 + was introduced into the catholyte as a redox mediator (RM) to facilitate the efficient dissolution/deposition process of MnO 2 . In situ UV–vis spectroscopy and kinetic analysis elucidated the swift reaction mechanism between MnO 2 and VO 2+, which allows for efficient rejuvenation of “dead” MnO 2 with facile amounts of mediator, further achieving a highly reversible MnO 2 cathode. The assembled zinc–manganese redox flow battery with RM demonstrates a high Coulombic efficiency of 99% at 20 mA h cm –2 over 50 cycles. The areal capacity is further increased to 50 mA h cm –2, achieving an exceptional areal energy density exceeding 100 mW h cm –2, surpassing most reported areal capacity in the AMRFB. This work introduces a novel RM to address “dead” MnO 2 and sheds valuable insights into the reaction mechanism between MnO 2 and RM, which will promote the development of other deposition-type batteries.
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