Ethylene Glycol‐Functionalization of Naphthalene Diimides in Nonaqueous Redox Flow Batteries: Balance Between Solubility, Diffusivity, and Crossover

乙二醇 化学 溶解度 氧化还原 钌系 化学工程 表面改性 光化学 无机化学 有机化学 二茂铁 电化学 电极 物理化学 工程类
作者
Seongmo Ahn,Ariyeong Yun,Hye Ryung Byon
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:18 (21): e202501011-e202501011
标识
DOI:10.1002/cssc.202501011
摘要

Redox flow batteries (RFBs) offer a scalable and safe solution for storing energy from intermittent renewable sources. Naphthalene diimide (NDI) with its π-conjugated core enables stable two-electron redox reactions, making it a promising redox-active material. However, its limited solubility, diffusivity, and crossover in nonaqueous solvents restrict practical applications. Here, NDI is functionalized with ethylene glycol (EG) chains of varying lengths via nucleophilic substitution. Increasing EG chain length enhances solubility in acetonitrile and reduces membrane crossover, due to increased polarity and molecular size, respectively. However, excessive EG-functionalization reduces molecular diffusion, hindering energy efficiency. Balancing these trade-offs, the length of EG chains is tuned to achieve high RFB performance. When employed as a negolyte in a full RFB cell paired with a ferrocene-based posolyte, the cell retains capacity over 1000 cycles with a low fading rate of 0.00516% per cycle and 0.0060% per hour.
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