Performance improvement of aqueous zinc-iron flow batteries through organic ligand complexation of Fe(II)/Fe(III)

化学 吡啶 水溶液 氧化还原 无机化学 电化学 配体(生物化学) 电子转移 铁酸盐 电极 光化学 有机化学 物理化学 受体 吸附 生物化学
作者
Youngbeom Kim,Deokhee Yun,Joonhyeon Jeon
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier]
卷期号:354: 136691-136691 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2020.136691
摘要

In aqueous iron-based redox flow batteries (RFBs), there occurs a fatal performance degradation due to the formation of ferrihydrite via Fe(III) hydrolysis during long-term cycling. This paper describes an organic-ligand complexation of Fe(II)/Fe(III), which allows a high stability and reversibility of the Fe(II)/Fe(III) redox couple in aqueous zinc-iron RFBs. The remarkable effectiveness of pyridine chosen as a best complexing ligand is compared to seven organic ligands through various experiments including cell-cycling tests. It is experimentally confirmed that the pyridine initially coordinated to a Fe(II) cation forms a much strong bonding despite pH < 2, which leads to best electrochemical performances containing improved reaction kinetics and electron transfer. It also exhibits a slight discharge-capacity loss of only 2.9 % vs. 1st cycle at 100th cycle as compared to the pristine with an enormous loss of 78.7 % due to ferrihydrite precipitation, resulting in dynamically improved current efficiency with 73.34 % higher than the pristine one. Consequently, these results indicate that the pyridine as a complexing ligand agent can not only inhibit ferrihydrite during long-term cycling, but also enhance electrochemical stability and reversibility of the Fe(II)/Fe(III) redox couple.
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