Name: a protocol for electrochemical evaluations and state of charge diagnostics of a symmetric organic redox flow battery
Uploaded: 2017-02-13T12:30:00
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Este trabalho foi financiado pelo Centro Comum de Investigação de Armazenamento de Energia (JCESR), um Innovation Hub Energia financiado pelo Departamento de Energia, o Office of Science, ciências básicas da energia dos Estados Unidos. Os autores também reconhecem Journal of Materials Chemistry A (a Royal Society of Chemistry jornal) para originalmente publicar esta pesquisa ( <a href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/ta/c6ta01177b">http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/ta/c6ta01177b</a> ). PNNL é um laboratório nacional de multi-programa operado por Battelle para DOE sob contrato DE-AC05-76RL01830.

Nota: Todas as preparações de soluções, voltametria cíclica ensaios (CV), e o fluxo de montagem de pilha e os testes foram realizados numa caixa de luvas cheia de árgon, com água e O 2 níveis inferiores a 1 ppm. 1. Electrochemical Evaluations de Células PTIO Fluxo <ol><li> Teste CV <ol><li> Lustrar um eletrodo de carbono vítreo com 0,05 mm de gama alumina em pó, lave-o com água deionizada, colocá-lo em sob vácuo à temperatura ambiente durante a no...

<ol>
	<li>Dunn, B., Kamath, H., Tarascon, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+Energy+Storage+for+the+Grid:+A+Battery+of+Choices.">Electrical Energy Storage for the Grid: A Battery of Choices.</a> Science. 334 (6058), 928-935 (2011).</li><li>Yang, Z. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+Energy+Storage+for+Green+Grid.">Electrochemical Energy Storage for Green Grid.</a> Chem. Rev. 111 (5), 3577-3613 (2011).</li><li>Wang, W., Luo, Q., Li, B., Wei, X., Li, L., Yang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Progress+in+Redox+Flow+Battery+Research+and+Development.">Recent Progress in Redox Flow Battery Research and Development.</a> Adv. Funct. 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Power Sources. 218, 39-45 (2012).</li><li>Skyllas-Kazacos, M., Kazacos, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=State+of+Charge+Monitoring+Methods+for+Vanadium+Redox+Flow+Battery+Control.">State of Charge Monitoring Methods for Vanadium Redox Flow Battery Control.</a> J. Power Sources. 196 (20), 8822-8827 (2011).</li><li>Brooker, R. P., Bell, C. J., Bonville, L. J., Kunz, H. R., Fenton, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determining+Vanadium+Concentrations+Using+the+UV-Vis+Response+Method.">Determining Vanadium Concentrations Using the UV-Vis Response Method.</a> J. Electrochem. Soc. 162 (4), 608-613 (2015).</li><li>Petchsingh, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+Measurement+of+State+of+Charge+in+Vanadium+Flow+Batteries+with+an+Analytical+Model+of+VIV-VV+Absorbance.">Spectroscopic Measurement of State of Charge in Vanadium Flow Batteries with an Analytical Model of VIV-VV Absorbance.</a> J. Electrochem. Soc. 163 (1), 5068-5083 (2016).</li><li>Duan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Symmetric+Organic-Based+Nonaqueous+Redox+Flow+Battery+and+Its+State+of+Charge+Diagnostics+by+FTIR.">A Symmetric Organic-Based Nonaqueous Redox Flow Battery and Its State of Charge Diagnostics by FTIR.</a> J. Mater. Chem. A. 4 (15), 5448-5456 (2016).</li><li>Potash, R. A., McKone, J. R., Conte, S., Abru&#241;a, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Benefits+of+a+Symmetric+Redox+Flow+Battery.">On the Benefits of a Symmetric Redox Flow Battery.</a> J. Electrochem. Soc. 163 (3), 338-344 (2016).</li><li>Kim, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Tetradentate+Ni(II)+Complex+Cation+as+a+Single+Redox+Couple+for+Non-aqueous+Flow+Batteries.">A Tetradentate Ni(II) Complex Cation as a Single Redox Couple for Non-aqueous Flow Batteries.</a> J. Power Sources. 283, 300-304 (2015).</li><li>Shinkle, A. A., Sleightholme, A. E. S., Griffith, L. D., Thompson, L. T., Monroe, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degradation+Mechanisms+in+The+Non-aqueous+Vanadium+Acetylacetonate+Redox+Flow+Battery.">Degradation Mechanisms in The Non-aqueous Vanadium Acetylacetonate Redox Flow Battery.</a> J. Power Sources. 206, 490-496 (2012).</li><li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+Properties+of+an+All-Organic+Redox+Flow+Battery+Using+2,2,6,6-Tetramethyl-1-Piperidinyloxy+and+N-Methylphthalimide.">Electrochemical Properties of an All-Organic Redox Flow Battery Using 2,2,6,6-Tetramethyl-1-Piperidinyloxy and N-Methylphthalimide.</a> Electrochem. Solid-State Lett. 14 (12), 171-173 (2011).</li><li>Schaltin, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+an+All-Copper+Redox+Flow+Battery+Based+on+a+Copper-Containing+Ionic+Liquid.">Towards an All-Copper Redox Flow Battery Based on a Copper-Containing Ionic Liquid.</a> Chem. Commun. 52, 414-417 (2016).</li><li>Luo, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capacity+Decay+and+Remediation+of+Nafion-based+All-Vanadium+Redox+Flow+Batteries.">Capacity Decay and Remediation of Nafion-based All-Vanadium Redox Flow Batteries.</a> ChemSusChem. 6 (2), 268-274 (2013).</li></ol>

Como foi demonstrado anteriormente, 25 FTIR é capaz de detectar de forma não invasiva o SOC da bateria de fluxo PTIO. Como uma ferramenta de diagnóstico, FTIR é particularmente vantajoso devido à sua fácil acessibilidade, resposta rápida, de baixo custo, pequena necessidade de espaço, facilidade para incorporação em linha, sem saturação detector, e a capacidade de correlacionar informações estruturais para investigar evoluções moleculares durante a operação da bateria de fluxo. ...

Redox fluir baterias armazenam energia em eletrólitos líquidos que estão contidos nos reservatórios externos e são bombeados para eletrodos internos para completar reações eletroquímicas. A energia armazenada e poder podem, assim, ser dissociado levando a excelente flexibilidade de design, escalabilidade e modularidade. Essas vantagens fazem baterias de fluxo adequado para aplicações de armazenamento de energia estacionários para a integração de energias renováveis ​​ainda intermitente limpo, aumentando a utilização dos ativos de rede e eficiência, e melhorando a resiliência e segurança energética. 1, 2, 3 baterias de fluxo aquosos tradicionais sofrem de densidade de energia limitada, principalmente devido à janela de tensão estreita para evitar a electrólise da água. 4, 5, 6, 7, 8 Em contraste, não-aqueelectrólitos ous baterias de fluxo de base estão a ser amplamente adoptada pelo facto de o potencial para alcançar alta tensão e de células de alta densidade energética. 9, 10 Nesses esforços, uma variedade de tipos de baterias de fluxo foram investigadas, incluindo complexos metal-coordenação, 11, 12 totalmente orgânico, 13, polímeros activos 14 redox, 15 e sistemas de fluxo híbrido lítio. 16, 17, 18, 19 No entanto, o potencial das baterias de fluxo não-aquosas ainda não foi plenamente demonstrada devido à grande gargalo técnico da demonstração limitada em condições de bateria relevantes de fluxo. Este gargalo está intimamente associada com um número de factores de limitação de desempenho. Primeiro,a pequena solubilidade da maioria dos materiais electroactivos leva a entrega de energia de baixa densidade por células de fluxo não-aquosas. Em segundo lugar, a capacidade de velocidade de baterias de fluxo não-aquosa é em grande parte limitada pela viscosidade electrólito elevado e resistividade em concentrações relevantes redox. O terceiro elemento é a falta de membranas de alta performance. Nafion e membranas cerâmicas apresentam baixa condutividade iônica com eletrólitos não aquosos. separadores porosos têm demonstrado desempenho célula de fluxo decente, mas sofrem considerável de auto-descarga por causa do tamanho relativamente grande do poro. 14, 20 Tipicamente, electrólitos mista-reagente contendo ambos os materiais de anólito e de católito redox (proporção 1: 1) são usados para reduzir os materiais de redox de cruzamento, no entanto, que as concentrações sacrifica redox eficazes, tipicamente para metade. 14, 21 Superando o gargalo acima referido exige melhorias na materIALS descoberta, design química da bateria, e arquitetura célula de fluxo para alcançar ciclismo bateria de relevante. monitorização do estado da bateria é essencialmente importante para as operações confiáveis. Off-normais condições, incluindo a sobrecarga, a evolução de gás e degradação do material pode causar danos ao desempenho da bateria e até mesmo falha da bateria. Especialmente para baterias de fluxo em grande escala envolvendo grandes quantidades de materiais de bateria, esses fatores podem causar problemas graves de segurança e perda de investimento. Estado de carga (SOC) que descreve a profundidade de carga ou descarga de baterias de fluxo é um dos mais importantes parâmetros de status da bateria. monitoramento SOC oportuna pode detectar riscos potenciais antes que eles atinjam níveis ameaçadores. No entanto, esta área parece ser sub-destinatários medida, especialmente em baterias de fluxo não-aquosas. Spectrophotoscopic métodos, tais como raios ultravioleta-visível (UV-VIS) e medições de espectroscopia de condutividade de electrólito foram avaliadas em batte fluxo aquoso<html> RY para determinação SOC. 22, 23, 24 Recentemente, introduziu um novo design não-aquosa simétrica bateria de fluxo baseado em um novo material redox ambipolar, 2-fenil-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxil-3 -óxido (PTIO). 25 Esta bateria de fluxo mantém a promessa de enfrentar os desafios acima mencionados de baterias de fluxo não-aquosas. Em primeiro lugar, PTIO tem uma alta solubilidade (2,6 M) no solvente da bateria de acetonitrilo (MeCN) que é promissor para permitir que uma elevada densidade de energia. Em segundo lugar, PTIO apresenta dois pares redox reversível que são moderadamente separados e, portanto, pode formar uma química da bateria por si só simétrica. Nós também têm demonstrado que um pico PTIO distinguível no espectro de FTIR pode ser correlacionada com a concentração de PTIO que não reagiu na célula de fluxo, o que leva a espectroscópicas determinação do SOC, como cross-validada pelos resultados ESR.lass = &quot;xref&quot;&gt; 26 Aqui apresentamos um protocolo para a elaboração de procedimentos para as avaliações eletroquímicos e diagnósticos SOC baseados em FTIR da bateria de fluxo simétrica PTIO. Este trabalho é esperado para acionar mais conhecimentos na manutenção da segurança e confiabilidade durante as operações de baterias de fluxo de longo prazo, especialmente em aplicações de rede do mundo real.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>PTIO</td>
			<td>TCI America</td>
			<td>A5440</td>
			<td>&#62;98.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrabutylammonium hexafluorophosphate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>86879</td>
			<td>electrochemical grade, &#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MeCN</td>
			<td>BASF</td>
			<td>50325685</td>
			<td>Battery grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver nitrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>204390</td>
			<td>99.9999% trace metals basis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gamma alumina powder</td>
			<td>CH Instruments</td>
			<td>CHI120</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphite felt</td>
			<td>SGL</td>
			<td>GFD3</td>
			<td>Vacuum-dry at 70&#176;C for 24 h</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porous separator</td>
			<td>Daramic</td>
			<td>AA800</td>
			<td>Vacuum-dry at 70&#176;C for 24 h</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Battery Tester</td>
			<td>Wuhan LAND electronics Co., Ltd.</td>
			<td>Lanhe</td>
			<td>1A current range</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrochemical Workstation</td>
			<td>Solartron Analytical</td>
			<td>ModuLab</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>glove box</td>
			<td>MBRAUN</td>
			<td>Labmaster SP</td>
			<td>oxygen and water levels &#60;1 ppm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ESR spectrometer</td>
			<td>Bruker&#160;</td>
			<td>Elexsys 580&#160;</td>
			<td>Equipped with an SHQE resonator with microwave frequency ~9.85 GHz (X band) at 2 mW power, with 100 kHz field modulation</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a protocol for electrochemical evaluations and state of charge diagnostics of a symmetric organic redox flow battery

baterias de fluxo redox têm sido considerados como uma das soluções de armazenamento de energia estacionários mais promissoras para melhorar a confiabilidade da rede elétrica ea implantação de tecnologias de energia renovável. Entre os muitos tipos de baterias de fluxo, baterias de fluxo não-aquosos têm o potencial para atingir uma elevada densidade de energia por causa das janelas amplas tensão de electrólitos não-aquosos. No entanto, existem obstáculos técnicos importantes atualmente limitando baterias de fluxo não aquosos para demonstrar todo o seu potencial, tais como baixas concentrações redox, correntes de operação baixos, sub-explorado bateria monitoramento de status, etc. Em uma tentativa de resolver estas limitações, que recentemente reportou um bateria de fluxo não-aquosa de base de um composto orgânico nitronil nitróxido altamente solúvel, redox-activo radical, 2-fenil-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxil-3 -óxido (PTIO). Este material exibe uma propriedade redox ambipolar electroquímica e, portanto, pode servir tanto como anolytE e materiais católito redox para formar uma bateria química fluxo simétrica. Além disso, demonstramos que transformada de Fourier espectroscopia no infravermelho (FTIR) poderia medir as concentrações Ptio durante o ciclismo PTIO bateria fluxo e oferecer detecção razoavelmente preciso do estado de carga da bateria (SOC), como cross-validado por ressonância magnética eletrônica (ESR) medições . Aqui apresentamos um protocolo de vídeo para o diagnóstico de avaliação e SOC eletroquímica da bateria fluxo simétrica PTIO. Com uma descrição detalhada, demonstrada experimentalmente a rota para alcançar tais fins. Este protocolo visa despertar mais interesses e percepções sobre a segurança e fiabilidade no domínio das baterias de fluxo redox não aquosos.

As vantagens únicas do sistema de bateria de fluxo simétrica PTIO são altamente atribuído às propriedades eletroquímicas de PTIO, um composto orgânico radical nitróxido. PTIO pode ser submetido a reacções de desproporcionação electroquímicos para formar PTIO + e PTIO - (Figura 2a). Estes dois pares redox são moderadamente separadas por um intervalo de voltagem de 1,7 V ~ (Figura 2b) e pode ser usado tanto como anólito...

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A Protocol for Electrochemical Evaluations and State of Charge Diagnostics of a Symmetric Organic Redox Flow Battery

Apresentam-se os protocolos para a avaliação electroquimicamente uma bateria de fluxo redox orgânico não aquoso e simétrica para diagnosticar seu estado de carga com FTIR.

Um protocolo para eletroquímicos Avaliações e estado de carga Diagnostics de um fluxo Redox Battery Symmetric Organic

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Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes

Controlado por polimerização de anel de abertura Photoredox do - Carboxyanhydrides, mediada por complexos de Ni/Zn

Here, we describe an effective protocol that combines photoredox Ni/Ir catalysis with the use of a Zn-alkoxide for efficient ring-opening polymerization, ...

Ion Mobility-Mass Spectrometry Techniques for Determining the Structure and Mechanisms of Metal Ion Recognition and Redox Activity of Metal Binding Oligopeptides

Técnicas de espectrometria de massa de mobilidade de íons para determinação da estrutura e mecanismos de reconhecimento de íons metálicos e atividade redox de oligopeptídeos de ligação metálica

Electrospray ionization (ESI) can transfer an aqueous-phase peptide or peptide complex to the gas-phase while conserving its mass, overall charge, ...

Evaluation of Oxidative Stress in Biological Samples Using the Thiobarbituric Acid Reactive Substances Assay

Avaliação do estresse oxidativo em amostras biológicas usando o ensaio de substâncias reativas de ácido tiobarbitúrico

Despite its limited analytical specificity and ruggedness, the thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) assay has been widely used as a generic ...