Heteropoly acid negolytes for high-power-density aqueous redox flow batteries at low temperatures

溶解度 电解质 氧化还原 化学 水溶液 冰点 电导率 电化学窗口 化学工程 材料科学 无机化学 热力学 物理化学 电极 离子电导率 工程类 物理
作者
Fei Ai,Zengyue Wang,Nien‐Chu Lai,Qingli Zou,Zhuojian Liang,Yi‐Chun Lu
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:7 (5): 417-426 被引量:132
标识
DOI:10.1038/s41560-022-01011-y
摘要

Operating aqueous redox flow batteries (ARFBs) at low temperatures is prohibited by limited solubility of redox-active materials, freezing electrolytes and sluggish reaction kinetics. Here we report a multi-electron heteropoly acid (H6P2W18O62, HPOM) negolyte that enables high-performance ARFBs at low temperatures. The proton (H+) in HPOM warrants a much higher solubility of polyoxometalates (POMs) (0.74 M at 25 °C and 0.5 M at −20 °C) compared with other cations (Li+/Na+/K+) owing to the strong solvation shell of H+ preventing precipitation. The HPOM also exhibits an exceptionally low freezing point and high conductivity owing to its high solubility and Grotthuss proton-conduction mechanism. These merits warrant HPOM as an ideal POM candidate for high-power-density low-temperature ARFB applications. Using a 0.5 M HPOM electrolyte, the ARFBs demonstrate power density (282.4 mW cm−2) and stability (79.6 Ah l−1negolyte at 160 mA cm−2 over 1,200 h without decay) at −20 °C, showing promising application potential under cold weather conditions.
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