Les chercheurs de Skoltech et leurs collaborateurs ont conçu, synthétisé et évalué de nouveaux composés pouvant servir de catholytes et d'anolytes pour les batteries à flux redox organiques, rapprocher cette technologie prometteuse d'une mise en œuvre à grande échelle. Les deux articles ont été publiés dans le Journal de la chimie des matériaux A et Communications chimiques .

Le stockage d'énergie est un élément crucial d'un système énergétique plus vert du futur basé sur des sources renouvelables; les batteries doivent être complétées par des parcs éoliens et solaires et doivent être évolutives, en sécurité, et flexibles dans leur conception et leur durée de vie. Les batteries à flux redox (RFB) sont toutes ces choses, pourtant, un obstacle majeur à la commercialisation a été leur faible capacité spécifique. Donc, De nombreux efforts de recherche sont concentrés sur le développement de meilleurs composants de batterie pour surmonter cet obstacle.

"Le principal avantage des batteries redox-flow est l'évolutivité - la capacité de la batterie n'est limitée que par le volume de l'électrolyte, c'est donc la construction idéale pour le stockage d'énergie à grande échelle. Aujourd'hui, nous travaillons avec des matériaux organiques redox-actifs solubilisés dans des solvants organiques (RFB organiques non aqueux). Les principaux avantages du RFB organique non aqueux sont une tension de cellule élevée (jusqu'à 5V, contre environ 1,6 V pour les systèmes à eau), une grande variété de molécules organiques redox-actives qui peuvent être appliquées à froid, et l'opérabilité potentielle à basse température, sans aucun souci de congélation en dessous de 0°C. A ce titre, ce travail offre des avancées considérables pour le développement de RFB de ce type, " Elena Romadina, doctorante à Skoltech, le premier auteur des deux articles, explique.

Dans les deux journaux, Elena Romadina et ses collègues décrivent des matériaux catholytes et anolytiques très prometteurs pour les RFB - des matériaux à base de triarylamine et un dérivé de la phénazine, respectivement. Les sept composés hautement solubles à base de triarylamine à activité redox ont été conçus, synthétisé et testé pour la solubilité et les propriétés électrochimiques, avec l'un d'eux, désigné comme le candidat le plus prometteur pour d'autres études. Les auteurs soulignent que les composés développés présentaient une solubilité presque illimitée dans les solvants organiques polaires tels que l'acétonitrile, ce qui les rend prometteurs pour les RFB de grande capacité. Dans l'autre étude, un dérivé de phénazine avec des substituants oligomères d'éther d'éthylène glycol a été synthétisé dans un processus en deux étapes et a montré des performances solides en tant qu'anolyte RFB.

"Une batterie à flux redox organique non aqueux désignée comme anolyte à base de phénazine et catholyte à base de triarylamine le plus prometteur a présenté une tension de cellule élevée de 2,3 V, grande capacité,> 95% d'efficacité coulombienne et une bonne stabilité du cycle charge-décharge pendant les 50 cycles, " écrivent les auteurs dans le ChemComm papier.

« Grâce à notre travail, nous avons présenté une nouvelle classe de composés qui pourraient être utilisés dans les RFB. Précédemment, les poly-triarylamines ont été étudiées comme matériau de cathode pour les cellules à ions métalliques, mais cette classe de composés n'a pas été étudiée dans les batteries à flux redox. Ainsi, une nouvelle structure centrale très prometteuse s'est ouverte pour nous et pour d'autres scientifiques. Les triarylamines ont un potentiel redox stable et totalement réversible, et peut être facilement modifié, fournissant différents potentiels redox et propriétés physiques. De plus, nous avons constaté que les composés à base de triarylamines pouvaient conserver leurs propriétés électrochimiques même en présence d'eau dans un solvant organique, ce qui a réduit les exigences de préparation et de coût des solvants, " ajoute Romadina.

« Nous examinons en fait les deux extrémités de la batterie dans le but d'augmenter la tension de fonctionnement des cellules et d'empêcher d'autres dégradations des catholytes et des anolytes. Pour rendre les RFB organiques commercialement viables, nous avons également besoin de recherches dans des domaines tels que la synthèse évolutive à faible coût de molécules actives redox hautement solubles; le développement de membranes performantes et de bons conducteurs ioniques, mais inhibe le croisement des anolytes et des catholytes lors de la charge et de la décharge; et la mise à l'échelle de configurations de dispositifs plus grandes au niveau des cellules et des piles pour permettre le stockage d'énergie à l'échelle du réseau, " Professeur Keith Stevenson, Skoltech prévôt et co-auteur des articles, dit.