Mechanism-Based Design of a High-Potential Catholyte Enables a 3.2 V All-Organic Nonaqueous Redox Flow Battery

化学 氧化还原 流动电池 流量(数学) 组合化学 电化学 有机自由基电池 电解质 机制(生物学) 计算化学 电池(电) 无机化学 电极 热力学 物理化学 机械 认识论 物理 哲学 功率(物理)
作者
Yichao Yan,Sophia G. Robinson,Matthew S. Sigman,Melanie S. Sanford
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (38): 15301-15306 被引量:105
标识
DOI:10.1021/jacs.9b07345
摘要

Nonaqueous redox flow batteries (RFBs) represent a promising technology for grid-scale energy storage. A key challenge for the field is identifying molecules that undergo reversible redox reactions at the extreme potentials required to leverage the large potential window of organic solvents. In this Article, we use a combination of computations, chemical synthesis, and mechanistic analysis to develop thioether-substituted cyclopropenium derivatives as high potential electrolytes for nonaqueous RFBs. These molecules exhibit redox potentials that are 470-500 mV higher than those of known electrolytes. Strategic variation of the alkyl substituent on sulfur afforded a derivative that undergoes charge-discharge cycling at +1.33 V vs ferrocene/ferrocenium in acetonitrile/tetrabutylammonium hexafluorophosphate. This electrolyte was paired with a phthalimide derivative to achieve a proof-of-principle 3.2 V all-organic RFB.
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