تولید یک کاتالیزور مولکولی امیدوارکننده برای باتری‌های جریان ردوکس مبتنی بر پلی سولفید آبی.

پشته باتری ردوکس پلی سولفید فروسیانید (100 سانتی‌متر مربع با دو سلول پشت سر هم) که توسط ریبوفلاوین سدیم فسفات کاتالیز می‌شود و در 100 میلی آمپر سانتی‌متر مربع کار می‌کند (مجموع 10 آمپر).

در سال‌های اخیر محققان پتانسیل طیف گسترده‌ای از فناوری‌های جدید باتری، از جمله باتری‌های جریان ردوکس را بررسی کرده‌اند. باتری‌های جریان ردوکس که به عنوان باتری‌های جریان نیز شناخته می‌شوند، سلول‌های باتری هستند که الکتریسیته تولید می‌کنند و انرژی را از طریق واکنش‌های شیمیایی ردوکس به اصطلاح ذخیره می‌کنند.

پلی سولفیدها مواد فعالی هستند که به دلیل ارزان بودن و فراوانی آنها در زمین می توانند به ویژه برای توسعه باتری های جریانی امیدوارکننده باشند. با این حال، این مواد علیرغم ویژگی‌های سودمندشان، واکنش ردوکس یا کاهش کندی از خود نشان می‌دهند. این امر تاکنون هم کارایی انرژی و هم چگالی توان باتری های جریانی مبتنی بر پلی سولفید را محدود کرده است.

محققان دانشگاه چینی هنگ کنگ اخیرا کاتالیزور مولکولی جدیدی را معرفی کرده اند که می تواند به افزایش عملکرد باتری های جریان مبتنی بر پلی سولفید کمک کند. این کاتالیزور که در Nature Energy معرفی شده است، هم بادوام و هم فعال است، بنابراین واکنش‌های ردوکس سریع را در داخل سلول باتری ممکن می‌سازد.

یی چون لو، یکی از محققان، ایده معرفی کاتالیزورهای مولکولی فعال ردوکس برای اولین بار در طی یک جلسه طوفان مغزی با تیم، که در آن در حال بحث در مورد تنگناهای تجاری سازی RFB های مبتنی بر پلی سولفید بودیم، به ذهنمان رسید، که این مطالعه را انجام داد، به Tech Xplore گفت.

در آن زمان ما به تازگی پروژه دیگری را در مورد حل مسئله MnO2 مرده در باتری های روی-منگنز با استفاده از یک واسطه یدید به پایان رسانده بودیم. با تکیه بر این تجربیات، ما حدس زدیم که معرفی کاتالیزورهای مولکولی فعال ردوکس می تواند گلوگاه سینتیکی را برطرف کند. (کاهش پلی سولفید)

ایزوآلوکسازین و کینون دو ماده ای هستند که اغلب در کاربردهای انرژی مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا به عنوان شاتل الکترونی کارآمد شناخته می شوند. در سلول‌های زنده، این مولکول‌ها می‌توانند به خوبی الکترون‌ها را در به اصطلاح زنجیره تنفسی انتقال دهند، که در نهایت انرژی تولید می‌کند.

کاتالیزور مولکولی جدید معرفی شده توسط لو و همکارانش بر پایه ترکیبی مشتق شده از ایزوآلوکسازین به نام ریبوفلاوین سدیم فسفات (FMN-Na) است.

لو توضیح داد: FMN-Na، یک مشتق ایزوآلوکسازین، به دلیل سینتیک ردوکس سریع و پتانسیل ردوکس مناسب، یک کاندید ایده آل برای کاتالیز کاهش پلی سولفید است. در طول فرآیند شارژ، کاتالیزور مولکولی الکترون‌ها را از الکترود دریافت می‌کند و کاهش می‌یابد و FMN احیا شده را تشکیل می‌دهد.

این کمپلکس متعاقباً الکترون‌ها را از طریق یک واکنش شیمیایی خود به خود به پلی سولفید منتقل می‌کند که طی آن کاتالیزور مولکولی به حالت اولیه خود اکسید می‌شود (اکسید- FMN).

استراتژی طراحی ارائه 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 ردوکس را در سلول های باتری مبتنی بر پلی سولفید تسهیل کند.

این به لطف سینتیک ردوکس سریع کاتالیزور مولکولی FMN-Na که آنها شناسایی کردند به دست آمد.

لو گفت: بیشتر کاتالیزورهای گزارش شده برای باتری های جریان پلی سولفید آبی، الکتروکاتالیست های جامد هستند، که کاتالیزور ناهمگن با استفاده از ماده جامد برای کاتالیزور واکنش در محلول (یعنی واکنش کاهش پلی سولفید) است.

متفاوت از کاتالیز ناهمگن، کاتالیز مولکولی به مکان های فعال الکترود و سطح کاتالیزور محدود نمی شود زیرا هم واکنش دهنده (S42-) و هم کاتالیزور (FMN-Na) حل می شوند. کار ما نشان می دهد که کاتالیز همگن یک رویکرد موثر برای پرداختن به سینتیک کند پلی سولفید.

در آزمایش‌ها، سلول‌های باتری جریان حاوی کاتالیزور تیم عملکرد خوبی داشتند و پس از دو هزار چرخه در 40 mAcm-2، با نرخ 0.00004 درصد در هر چرخه تجزیه می‌شوند. برای نشان دادن مقیاس پذیری کاتالیزور، لو و همکارانش از آن برای ایجاد یک پشته سلولی 100 سانتی متر مربعی استفاده کردند.

لو افزود: ما اکنون با شریک صنعتی خود Luquos Energy Ltd برای تحقیق و توسعه بیشتر و تجاری سازی کار می کنیم.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.