Este documento descreve uma bateria de fluxo aquosa sem metais baseada na química redox da molécula orgânica 9,10-antraquinona-2,7-disulfônico (AQDS). A bateria utiliza AQDS e brometo como pares redox em eletrodos de carbono, produzindo uma densidade de potência superior a 0,6 W/cm2. Os testes demonstraram capacidade de retenção de 99% por ciclo e a abordagem permite customizar propriedades através de grupos funcionais orgânic

1. Bateria de Fluxo Aquoso
orgânico – inorgânico
sem metal…
doi: 10.1038/nature12909
Brian Huskinson 1 *, Michael P. Marshak 1,2 *, Changwon Suh 2, Su ¨ Leyman Er 2,3, Michael R.
Gerhardt 1, Cooper J. Galvin 2 Xudong Chen 2, Ala'n Aspuru-Guzik 2, Roy G. Gordon 1,2 e
Michael J. Aziz

2. Contexto
Com o crescimento da geração de eletricidade a partir de fontes
renováveis intermitentes.
Tais como a energia solar ou eólica cresce, a capacidade de armazenar
grandes quantidades de energia elétrica é de importância crescente.
Mas, Baterias de eléctrodo solido mantem uma descarga no pico de
potência por demasiado pouco tempo para regular totalmente de fontes
eólica ou solar.

3. Contexto
Contrastando, as baterias de fluxo são escaláveis independentemente
da potencia (área de electro) e de energia (volume de armazenamento
de componentes arbitrariamente grande) do sistema através da
manutenção de todas as espécies de eletro-ativo em forma fluida.
Utilização em larga escala de bateras é, no entanto, limitada pela
abundância e custo de materiais, especialmente aqueles que utilizam
metais redox-ativo e eletro-catalisadores de metais preciosos.

4. Bateria de Fluxo

5. Quinonas
Mas uma promissora classe de materiais de armazenamento de energia
que explora as propriedades químicas e electroquímicas favoráveis d e
uma família de moléculas conhecidas como quinonas.

6. Características
 O exemplo deste demonstrouu uma bateria de fluxo livre de metais
com base na química redox de 9,10-antraquinona-2 ,7-
disulphonicacid (AQDS).
 AQDS sofre uma redução de dois elétrões e dois prótões
extremamente rápida e reversível em um elétrodo de carbono vítreo
em ácido sulfúrico.
 Uma bateria de fluxo aquoso com elétrodos de carbono de baixo
custo, combinando os pares quinona / hidroquinona com Br 2 / Br 2+
redox.
 Produzindo uma densidade de potência de pico superior a galvânica
0.6Wcm 2 em 1.3 A cm2..

7. Características
O Ciclo desta bateria fluxo quinona-brometo mostra capacidade de
retenção de 99% por cento de armazenamento por ciclo.
As espécies de antraquinona orgânicos podem ser sintetizados a partir
de produtos químicos de baixo custo.
.

8. Vantagens destas Abordagem
 Esta abordagem permite a sintonização orgânica de propriedades
importantes, tais como o potencial de redução e de solubilidade por
adição de grupos funcionais:
 Demonstra-se que a adição de dois grupos hidroxilo a AQDS
aumenta o potencial de circuito aberto da célula por 11% e que
descrevem um percurso para novos aumentos na tensão da célula.
 O uso de moléculas orgânicas redox-ativo p-aromático em vez de
metais redox-ativo representa uma nova e promissora direção para a
realização maciça de armazenamento de energia elétrica a custo
altamente reduzido.

9. esquemática celular e
desempenho da célula nos modos galvânicas e
Soluções de AQDS em ácido
sulfúrico (lado negativo) e
Br2 em HBr (lado positivo)
foram bombeadas através de
uma célula de fluxo, como se
mostra esquematicamente na
figura.
eletrolíticas

10. Potencial de células versus densidade de
corrente em cinco estados diferentes de
carga
(SOCs; média de três ciclos);
inserção mostra a célula de potencial de
circuito aberto contra SOC com melhor
ajuste linha sobreposta.
E eq = (0,002683 x SOC) + 0,670;
R 2= 0,998

11. Densidade Potencia Galvânica
versus
Densidade de Corrente

12. Densidade de Potencia Electrolitica
versus
Densidade de Corrente

13. Comportamento dos Ciclos de Carga
e Descarga da Célula

15. Equação Butler-Volmer
respostas observadas

16. Diagrama de Pourbaix (E 0 vs pH) de
AQDS

17. Modelo de Calibração para ΔH f e Experimental εº

18. Gráficos Cíclicos voltamogramas AQDS

19. Comportamento Cíclico com Eletrólito HBr em
ambos os lados

20. AQDS
revisto pelo calculo teórico