De nouvelles molécules organiques redox-actives pour les batteries à flux présentent des performances de cyclage stables

Les molécules organiques redox-actives (ORAM) sont abondantes et diverses, offrant un potentiel important pour un stockage d’énergie rentable et durable, en particulier dans les batteries à flux organique aqueux (AOFB). Cependant, il est essentiel de garantir la stabilité des ORAM pendant le processus de charge et de décharge, car des réactions secondaires peuvent les désactiver et éliminer leur activité redox. La stabilité de l’air reste un défi pour de nombreuses ORAM, ce qui complique leur utilisation pratique.

Récemment, un groupe de recherche dirigé par le professeur Li Xianfeng et le professeur Zhang Changkun de l’Institut de physique chimique de Dalian (DlCP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a développé de nouveaux dérivés de naphtalène avec des hydroxyles actifs et des échafaudages de diméthylamine qui étaient stables dans l’air et servaient de catholytes efficaces pour les AOFB. Cette étude, publiée dans Nature et durabilitédémontre que ces nouveaux ORAM peuvent atteindre un cyclage stable à long terme même dans des conditions air-atmosphère.

Les ORAM sont confrontées à une certaine instabilité et à un coût élevé, en particulier lorsqu’elles sont utilisées sans protection par gaz inerte. Cela peut entraîner une perte de capacité irréversible et une réduction de la durée de vie de la batterie.

Dans cette étude, les chercheurs ont synthétisé des dérivés actifs de naphtalène en utilisant une approche évolutive combinant des méthodes chimiques et électrochimiques in situ. Cette approche a simplifié le processus de purification et réduit considérablement le coût de la synthèse moléculaire.

De plus, les chercheurs ont démontré des changements de structure spécifiques dans les dérivés de naphtalène au cours du processus électrochimique. Les dérivés de naphtalène préparés présentent une structure multisubstituée avec des échafaudages d’alkylamine hydrophiles, qui non seulement protègent contre les réactions secondaires potentielles, mais améliorent également leur solubilité dans les électrolytes aqueux.

L’AOFB à base de naphtalène à 1,5 mol/L a affiché des performances de cyclage stables pendant 850 cycles (environ 40 jours) avec une capacité de 50 Ah L^-1. Il est remarquable de constater que même avec un flux d’air continu dans le catholyte, le AOFB à base de naphtalène a pu fonctionner sans problème pendant environ 600 cycles (environ 22 jours) sans perte de capacité et d’efficacité. Cela a démontré que le catholyte à base de naphtalène avait une excellente stabilité à l’air.

Les chercheurs ont également étendu la préparation des dérivés du naphtalène à l’échelle du kilogramme (5 kg par pot). Les piles à l’échelle pilote contenant ces dérivés du naphtalène ont atteint une capacité système moyenne d’environ 330 Ah. Elles ont montré une stabilité de cyclage remarquable sur 270 cycles (environ 27 jours), avec une rétention de capacité de 99,95 % par cycle.

« Cette étude devrait ouvrir un nouveau champ dans la conception de technologies moléculaires stables à l’air pour un stockage d’énergie électrochimique durable et stable à l’air », a déclaré le professeur Li.