Исследователи улучшают растворимость окислительно-восстановительных молекул для улучшения систем хранения энергии

1 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

по GIST (Институт науки и технологий Кванджу)

Доминирующие аккумуляторные технологии, использующие легковоспламеняющиеся, токсичные, неустойчивые и дорогие источники энергии, вносят основной вклад в изменение климата. Таким образом, переход от ископаемого топлива к более чистым и экологически чистым источникам энергии имеет решающее значение для смягчения последствий изменения климата. Этот переход может быть поддержан путем повышения эффективности систем хранения энергии для более безопасной и стабильной работы, устойчивости, высокой плотности энергии/мощности.

Исследования в этом направлении были сосредоточены на подходах молекулярной инженерии к разработке электрохимических конденсаторов с окислительно-восстановительным усилением на водной основе (окислительно-восстановительные ЭК). Redox EC представляют собой тип усовершенствованных гибридных электрических двухслойных конденсаторов, в которых на границе раздела электрод-электролит используются окислительно-восстановительные молекулы для увеличения плотности энергии.

Известно, что благодаря использованию органических окислительно-восстановительных электролитов они обеспечивают экономичность, использование элементов, богатых землей, и возможность структурной перестройки. Однако основной проблемой при их разработке является отсутствие достаточной растворимости этих веществ в водных системах, что приводит к низкой плотности энергии. Более того, предыдущие попытки улучшить их растворимость оказались трудоемкими и дорогостоящими.

Теперь исследователи из Кореи использовали гидротропный поддерживающий электролит (HSE) в качестве подхода к повышению растворимости органических окислительно-восстановительных веществ. Исследование, проведенное доцентом Сын Джун Ю и профессором Суквоном Хонгом из Института науки и технологий Кванджу в Корее, было опубликовано в журнале ACS Energy Letters.

Исследователи использовали процесс гидротропии, при котором используется класс амфифильных молекул. В этом уникальном явлении солюбилизации объем гидрофобного компонента относительно мал по сравнению с объемом поверхностно-активного вещества, что позволяет многократно увеличить растворимость труднорастворимого растворенного вещества. Исследователи протестировали ряд хинонов в качестве модельных видов благодаря их полезности в качестве окислительно-восстановительной добавки и приемлемой электрохимической стабильности.

Исследователи обнаружили, что использование HSE (п-толуолсульфоновой кислоты (p-TsOH), 2-нафталинсульфоновой кислоты (2-NpOH) и антрахинон-2-сульфоновой кислоты (AQS)) улучшило растворимость гидрохинона (HQ) без каких-либо изменений. химическая функционализация. Важно отметить, что они продемонстрировали, что увеличение растворимости пропорционально концентрации соответствующих HSE.

Кроме того, они разработали биредокс-соль, 2-[N,N,N-трис(2-гидроксиэтил)]антраценметанамин-9,10-дионбромид (AQM-Br), которая могла участвовать в реакциях Фарадея как при положительном, так и при отрицательном воздействии. электроды и протестировали его в системе HSE в зависимости от концентрации. Доктор Ю подчеркивает: «Растворимость HQ в HSE была увеличена в 7 раз, и был синтезирован дизайнерский многофункциональный двойной окислительно-восстановительный компонент (AQM-Br), растворимость которого была значительно увеличена с едва растворимой до >1 M за счет оптимизация HSE».