Zonne- en windenergie worden alom als duurzaam beschouwd, milieuvriendelijke alternatieven voor fossiele brandstoffen, maar elk is slechts af en toe beschikbaar. Beide oplossingen hebben betaalbare, hoogwaardige energieopslagtechnologieën die in aanmerking komen voor wijdverbreide, betrouwbaar gebruik.

Waterige organische redoxflow-batterijen, bekend als "AORFB's, " een veelbelovende grootschalige energieopslagoplossing bieden, maar heb nog steeds beperkingen. In een moleculaire engineering-studie die op 25 oktober online is gepubliceerd, 2018, in Joule , Chemici van de Utah State University rapporteren vooruitgang om deze beperkingen aan te pakken.

USU postdoctoraal onderzoeker Jian Lu en promovendus Bo Hu, hoofdauteurs van het artikel, met afgestudeerde studenten Camden DeBruler, Yujing Bi, Yu Zhao, Bing Yuan, Maowei Hu en Wenda Wu en faculteitsadviseur Tianbiao (Leo) Liu, Corresponderende auteur, en met collega's van de Ocean University of China en Qingdao University of Science and Technology, rapporteer een strategie die de AORFB-opslagcapaciteit verhoogt, veiligheid en prestaties met een eenvoudige ontwerpaanpassing.

Het onderzoek van het team wordt ondersteund door de USU en een Utah Science Technology and Research (USTAR) Initiative University Technology Acceleration Grant (UTAG).

"We hebben eerder ontdekt dat K ₄ [Fe(CN) ₆ ] is chemisch stabiel in pH-neutrale oplossing, maar niet in alkalische oplossingen, " zegt Liu, assistent-professor bij de afdeling Scheikunde en Biochemie van de USU. "Echter, de relatief lage oplosbaarheid van K ₄ [Fe(CN) ₆ ] (0,76 M) is een uitdaging voor flowbatterijtoepassingen."

In deze krant, hij zegt, het team meldt een eenvoudige formulevervanging die de oplosbaarheid van kaliumferrocyanide aanzienlijk verbetert, K ₄ [Fe(CN) ₆ ], door vervanging van de kaliumkationen (K ⁺ ) met meer hydrofiele ammoniumionen (NH ₄ ⁺ ).

"De nieuw ontworpen (NH ₄ ) ₄ [Fe(CN) ₆ ] als kathode-elektrolyt een hoge oplosbaarheid van 1,6 M in water kan bereiken, twee keer zo die van K ₄ [Fe(CN) ₆ ]." zegt Lius. "Bovendien, (NH ₄ ) ₄ [Fe(CN) ₆ ], met zijn hoge oplosbaarheid, vertoont ook een veel hogere geleidbaarheid, wat de energie-efficiëntie en vermogensprestaties voor flowbatterijen verhoogt."

Bovendien, hij zegt, het team vond de overdracht van de lading, met behulp van ammonium, is sneller dan kalium, wat de energie-efficiëntie en stroomprestaties van de batterijen verder verbetert. In combinatie met een viologenanode-elektrolyt genaamd (SPr)2V, een proces waarover het team onlangs publiceerde, a 24,1 Wh/L (NH ₄ ) ₄ [Fe(CN) ₆ ]/(SPr) ₂ V-flow-batterij leverde een ongekende fietsstabiliteit voor 1000 cycli, vertegenwoordigt de meest stabiele stroombatterij die tot nu toe bekend is.

"Deze batterij leverde ook een hoge vermogensdichtheid van 72,5 mW/cm ² ." zegt Liu. "Met zijn goedkope materialen, deze krachtige flow-batterij is zeer aantrekkelijk voor praktische toepassingen voor energieopslag."