اکتبر 13، 2023 -نوشته شده توسط Ingrid Fadelli -یک پشته باتری جریان ردوکس پلی سولفید و فروسیانید (100 سانتی متر با دو سلول در سری) کاتالیز شده توسط ریبوفلاوین فسفات سدیم در 100 میلی متر مربع (مجموع 10A). اعتبار: Jiafeng لی.
در سال های اخیر، محققان در حال بررسی پتانسیل طیف گسترده ای از فن اوری های جدید باتری، از جمله باتری های به اصطلاح جریان ردوکس هستند. باتری های جریان ردوکس، همچنین به عنوان باتری های جریان شناخته می شوند، سلول های باتری هستند که برق تولید می کنند و انرژی را از طریق واکنش های شیمیایی به اصطلاح اکسیداسیون ذخیره می کنند.
پلی سولفیدها مواد فعالی هستند که می توانند به دلیل کم هزینه بودن و زیاد بودن انها در زمین، به ویژه برای توسعه باتری های جریانی امیدوار کننده باشند. با وجود ویژگی های سودمند انها، با این حال، این مواد یک واکنش کاهش را نشان می دهند. این تا کنون هر دو بهره وری انرژی و چگالی قدرت باتری های جریان مبتنی بر پلی سولفید را محدود کرده است.
محققان دانشگاه چینی هنگ کنگ اخیرا یک کاتالیزور مولکولی جدید را معرفی کرده اند که می تواند به افزایش عملکرد باتری های جریان بر اساس پلی سولفیدها کمک کند. این کاتالیزور، معرفی شده در طبیعت انرژی، هر دو با دوام و فعال است، بنابراین واکنش های اکسیداسیون مجدد سریع در داخل یک سلول باتری را قادر می سازد.
Yi-Chun Lu، یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داد، به Tech Xplore گفت :
“ایده معرفی کاتالیزورهای مولکولی فعال اکسیداسیون مجدد برای اولین بار در یک جلسه طوفان مغزی با تیم به ما رسید، که در ان ما در مورد تنگناها برای تجاری سازی RFBs مبتنی بر پلی سولفید بحث کردیم”،
“در ان زمان، ما به تازگی پروژه دیگری را برای حل مسئله “MnO2 مرده” در باتری های روی و منگنز با استفاده از یک میانجی یدید به پایان رسانده بودیم. بر اساس این تجربیات، ما حدس زدیم که معرفی کاتالیزورهای مولکولی فعال اکسیداسیون می تواند تنگنای جنبشی کاهش پلی سولفید را برطرف کند. “
ایزوالوکسازین و کینون دو ماده ای هستند که اغلب در کاربردهای انرژی استفاده می شوند، زیرا انها به عنوان شاتل های الکترونی کارامد شناخته می شوند. در سلول های زنده، این مولکول ها می توانند الکترون ها را در زنجیره تنفسی به اصطلاح منتقل کنند، که در نهایت انرژی تولید می کند. کاتالیزور مولکولی جدید معرفی شده توسط لو و همکارانش بر اساس ترکیبی مشتق شده از ایزوالوکسازین، یعنی ریبوفلاوین فسفات سدیم (FMN-Na) است.
“FMN-Na، مشتق ایزوالوکسازین، یک نامزد ایده ال برای کاتالیز کاهش پلی سولفید با توجه به سینتیک اکسیداسیون مجدد سریع و پتانسیل ردوکس مناسب است.” در طول فرایند شارژ، کاتالیزور مولکولی الکترون ها را از الکترود دریافت می کند و کاهش می یابد و FMN کاهش می یابد. این مجموعه متعاقبا الکترون ها را از طریق یک واکنش شیمیایی خود به خودی به پلی سولفید منتقل می کند که در طی ان کاتالیزور مولکولی به حالت اصلی خود (اکسید شده-FMN) اکسید می شود.
استراتژی طراحی پیشنهاد شده توسط این تیم از محققان می تواند قابلیت های کاهش الکتروشیمیایی پلی سولفیدها را بهبود بخشد که به نوبه خود می تواند واکنش های اکسیداسیون مجدد را در داخل سلول های باتری مبتنی بر پلی سولفید تسهیل کند. این به لطف سینتیک اکسیداسیون سریع کاتالیزور مولکولی FMN-Na که انها شناسایی کرده اند، به دست می اید.
“بیشتر کاتالیزورهای گزارش شده برای باتری های جریان پلی سولفید ابی الکتروکاتالیست های جامد هستند که کاتالیز ناهمگن با استفاده از ماده جامد برای کاتالیزور واکنش در محلول (به عنوان مثال واکنش کاهش پلی سولفید) است.”
“متفاوت از کاتالیزور ناهمگن، کاتالیز مولکولی به سایت های فعال الکترود و سطح کاتالیزور محدود نمی شود، زیرا هر دو واکنش دهنده (S 4 2-) و کاتالیزور (FMN-Na) محلول هستند. کار ما نشان می دهد که کاتالیز همگن یک رویکرد موثر برای پرداختن به سینتیک کند پلی سولفید است. “
در ازمایشات، سلول های باتری جریان حاوی کاتالیزور تیم به خوبی عمل می کنند و با نرخ 0.00004٪ در هر چرخه پس از اجرای 2000 چرخه در 40mAcm-2 تجزیه می شوند. برای نشان دادن مقیاس پذیری کاتالیزور، لو و همکارانش از ان برای ایجاد یک پشته سلولی 100 سانتی متری استفاده کردند.
همانطور که توسط یافته های اولیه محققان نشان داده شده است، رویکرد انها برای بهبود عملکرد باتری های جریان مبتنی بر پلی سولفید نیز می تواند برای ایجاد سیستم های باتری جریان بزرگتر افزایش یابد . مطالعات اینده می تواند به ارزیابی بیشتر و اعتبار پتانسیل این رویکرد با ازمایش عملکرد سلول های مختلف باتری حاوی کاتالیزور FMN-Na کمک کند.
“ما معتقدیم که این رویکرد را می توان به طور گسترده ای به سیستم های جریان دیگر اعمال می شود،” لو اضافه شده است. “ما در حال حاضر با شریک صنعتی ما Luquos Energy Ltd. برای تحقیق و توسعه بیشتر و تجاری سازی کار می کنیم.”
