Redox-enhanced电化学电容器(ECs)是一种可持续的选择主要使用金属离子和腐蚀性化学物质的电池技术。然而,获得有机redox-active电解质有足够的溶解度用于redox-enhanced ECs是具有挑战性的。现在,研究人员从韩国引进了hydrotropic-supporting电解质对ECs特制的有机redox-active物种,导致增加的溶解度redox-active物种不牺牲电化学动力学。
占主导地位的电池技术使用易燃,有毒,不可持续的,和昂贵的能源是导致气候变化的主要因素。从化石燃料转向更清洁和环保能源因此减少气候变化的影响的关键。这种转变可以通过提高能源效率的支持存储系统安全稳定操作、可持续性、高的能量/功率密度。
在这方面的研究都集中在分子工程方法开发aqueous-based redox-enhanced电化学电容器(氧化还原ECs)。氧化还原ECs是一种先进的混合动力电动双层电容器使用redox-active分子在electrode-electrolyte界面增加能量密度。由于有机的使用redox-active电解质,它们提供一个成本的优点,使用的组成元素和结构的可调性。然而,一个重大的挑战在他们的发展是这些物种的缺乏足够的溶解度在水系统中,导致较低的能量密度。此外,先前的努力改善其溶解性已被证明是耗时和成本广泛。
现在,来自韩国的研究人员使用hydrotropic-supporting电解质(HSE)的方法来提高溶解度有机redox-active物种。Seung助理教授领导的研究中,俊Yoo和Sukwon教授在香港从韩国光州科学与技术研究院,是由2023年4月20日在线发表在卷8,问题5的杂志ACS能源字母2023年5月12日。
研究人员使用hydrotropy的过程,其中一个类使用的两亲性分子。在这个独特的溶解现象,疏水部分的体积相对较小的表面活性剂相比,从而允许少可溶性溶质的溶解度的增加多倍的。研究人员测试了一系列醌类作为一种模式物种由于其效用作为redox-active添加剂和一个可接受的电化学稳定性。
研究人员发现,使用HSE(对甲苯磺酸(p-TsOH)、2-naphthalenesulfonic酸(2-NpOH)和anthraquinone-2-sulfonic酸(aq))提高了苯二酚的溶解度(总部)没有任何化学功能化。重要的是,他们表明,增加溶解度与各自的hse的浓度成正比。
此外,他们设计了一个biredox盐、2 - (N, N, N-tris (2-hydroxyethyl)] anthracenemethanaminum-9, 10 -土卫四溴化(AQM-Br),这可能参与在正负电极感应电流的反应,和测试在HSE体系浓度的方式。柳博士强调,“总部在HSE的溶解度增加了7倍,和一个设计师多功能dual-redox物种(AQM-Br)合成的溶解度显著增强从几乎不溶性> 1 M×优化HSE。”
此外,研究人员还试图理解增溶的作用为总部和AQM-Br电解液。使用分子间核奥佛好塞效应和动态光散射分析,他们发现助水溶物增溶总部/ HSE通过co-solubilizer机制,而对于AQM-Br / HSE,它是由于quasi-micelle纳米结构的形成。
解释研究的潜在影响,Yoo教授总结说,“我们的简单的方法可以方便地扩展到不同的氧化还原物种类,找到适用于各种各样的应用程序包括氧化还原流体电池。”In addition, our study provides a guideline for the design of energy-dense redox-active electrolytes and an optimal selection of HSE and redox-active electrolyte pairs.
”
氧化还原ECs未来吗?这看起来很像他们留在这里!
参考
作者:Jinhwan机构1,Jinhyuck Ko2,Subin李2,金达惠2演唱赢得金2,Dowon金3Wangsuk哦4Sukwon香港1,Yoo Seung俊2
原始论文的标题:Solubility-Enhancing助水溶物与特制的有机电解质Redox-Active物种Redox-Enhanced电化学电容器
日报:ACS能源字母
社会兼职:
1化学系,光州科学技术学院
2材料科学与工程学院的光州科学技术学院
3化学系,光州科学技术学院
4化学与生物分子工程系,伊利诺伊大学乌尔班纳−香槟
*通讯作者的电子邮件:sjoonyoo@gist.ac.kr
;shong@gist.ac.kr
对光州科学与技术研究院(要点)
光州科学技术研究所(要点)是一个研究型大学坐落在光州,韩国。成立于1993年,依据已成为在韩国最著名的学校之一。大学旨在创建一个强大的研究环境,促进科技进步,促进国际和国内之间的合作研究项目。的座右铭“未来科技的骄傲的创造者”,主旨一直在韩国收到大学排名最高的国家之一。
