Redox-Flow-Batterien auf Basis von organischen Verbindungen gewinnen als nachhaltige Lösung für die Speicherung erneuerbarer Energie an Aufmerksamkeit. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien werden organische redoxaktive Moleküle verwendet, die weithin verfügbar und umweltfreundlich sind. Außerdem sind sie sicherer, was sie zu einer starken Alternative zu herkömmlichen Energiespeichersystemen macht. Trotz ihrer Vorteile sind organische Redox-Flow-Batterien mit Problemen wie geringer Energiedichte und schlechter Stabilität bei hohen Konzentrationen konfrontiert, was ihre kommerzielle Nutzung einschränkt. Ein kürzlich erzielter Durchbruch von Forschern des Dalian Institute of Chemical Physics hat das Potenzial, diese Einschränkungen zu überwinden und eine ernsthafte Konkurrenz zum Einsatz von Lithium zu sein.
Um den Herausforderungen mit organischen Verbindungen zu begegnen, haben Wissenschaftler ein neues organisches Molekül namens Pyren-4,5,9,10-tetraon-1-sulfonat (PTO-PTS) entwickelt. Diese innovative Verbindung hat eine hohe Wasserlöslichkeit und verbessert die Energiespeicherkapazität erheblich. Die wichtigste Errungenschaft dieser Forschung ist die Fähigkeit von PTO-PTS, vier Elektronen gleichzeitig zu speichern. Das führt zu einer hohen theoretischen Elektronenkonzentration von 4,0 M. Das bedeutet, dass Batterien, die dieses Material verwenden, mehr Energie speichern und gleichzeitig die Gesamtkosten senken können, was sie für die kommerzielle Nutzung praktischer macht.
Redox-Flow Batterie mit hoher Stabilität
Bei Tests zeigte PTO-PTS eine beeindruckende volumetrische Kapazität von etwa 90 Ah/L. Die Batterie zeigte auch nach 5.200 Lade-/Entladezyklen in einer Luftumgebung eine nahezu perfekte Leistung. Darüber hinaus zeigte das neue Molekül eine außergewöhnliche Stabilität über einen weiten Temperaturbereich von 10 °C bis 60 °C, was sein Potenzial für reale Anwendungen weiter unter Beweis stellt.
Einer der größten Vorteile dieses Durchbruchs ist die verbesserte Stabilität von Redox-Flow-Batterien auf Basis von organischen Verbindungen. Die molekulare Struktur von PTO-PTS ermöglicht eine starke Elektronenspeicherung und verhindert gleichzeitig die bei früheren AOFB-Konstruktionen übliche Degradation. Die Integration einer Sulfonsäuregruppe in die Struktur verbessert die Löslichkeit, was für die Aufrechterhaltung der Leistung über längere Zeiträume entscheidend ist.
Das neue Batteriedesign unterstützt auch den reversiblen Vier-Elektronen-Transfer, wodurch die Ladungsspeicherung und der Transport effizienter werden. Mit einer Energiedichte von 60 Wh/L und einer lang anhaltenden Leistung auch bei hohen Temperaturen könnte diese Innovation zu einer praktikablen Option für die Energiespeicherung in großem Maßstab machen.
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