Pesquisadores melhoram a solubilidade de moléculas redox para sistemas de armazenamento de energia aprimorados

1º de junho de 2023

Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo a credibilidade do conteúdo:

verificado

publicação revisada por pares

revisar

pelo GIST (Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju)

As tecnologias dominantes de baterias que usam fontes de energia inflamáveis, tóxicas, insustentáveis ​​e caras são um dos principais contribuintes para as mudanças climáticas. Mudar de combustíveis fósseis para fontes de energia mais limpas e ecológicas é, portanto, crucial para reduzir os impactos das mudanças climáticas. Essa transição pode ser apoiada pela melhoria da eficiência dos sistemas de armazenamento de energia para operações mais seguras e estáveis, sustentabilidade, alta densidade de energia/potência.

A pesquisa nesta frente tem se concentrado em abordagens de engenharia molecular para o desenvolvimento de capacitores eletroquímicos redox aprimorados de base aquosa (ECs redox). Redox ECs são um tipo de capacitor elétrico híbrido avançado de camada dupla que usa moléculas redox-ativas na interface eletrodo-eletrólito para aumentar a densidade de energia.

Devido ao uso de eletrólitos redox-ativos orgânicos, eles são conhecidos por fornecer um mérito de custo, uso de elementos abundantes em terra e ajuste estrutural. No entanto, um grande desafio em seu desenvolvimento é a falta de solubilidade suficiente dessas espécies em sistemas aquosos, o que resulta em uma baixa densidade de energia. Além disso, as tentativas anteriores de melhorar a sua solubilidade provaram ser demoradas e dispendiosas.

Agora, pesquisadores da Coréia usaram eletrólito de suporte hidrotrópico (HSE) como uma abordagem para aumentar a solubilidade das espécies orgânicas redox-ativas. O estudo, liderado pelo professor assistente Seung Joon Yoo e pelo professor Sukwon Hong, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju, na Coréia, foi publicado na ACS Energy Letters.

Os pesquisadores usaram o processo de hidrotropia, em que uma classe de moléculas anfifílicas é usada. Neste fenômeno de solubilização único, o volume do componente hidrofóbico é relativamente pequeno em comparação com o do surfactante, permitindo assim um aumento na solubilidade do soluto pouco solúvel. Os pesquisadores testaram uma variedade de quinonas como espécie modelo devido à sua utilidade como um aditivo redox-ativo e uma estabilidade eletroquímica aceitável.

Os pesquisadores descobriram que o uso do HSE (ácido p-toluenossulfônico (p-TsOH), ácido 2-naftalenossulfônico (2-NpOH) e ácido antraquinona-2-sulfônico (AQS)) melhorou a solubilidade da hidroquinona (HQ) sem qualquer funcionalização química. É importante ressaltar que eles demonstraram que um aumento na solubilidade é proporcional à concentração dos respectivos HSEs.

Além disso, eles projetaram um sal biredox, brometo de 2-[N,N,N-tris(2-hidroxietil)] antracenometanaminum-9,10-diona (AQM-Br), que poderia participar de reações faradaicas tanto no lado positivo quanto no negativo. eletrodos e testados no sistema HSE de maneira dependente da concentração. Dr. Yoo destaca, "A solubilidade de HQ em HSE foi aumentada em 7 vezes, e uma espécie redox multifuncional projetada (AQM-Br) foi sintetizada, cuja solubilidade foi significativamente aumentada de pouco solúvel para > 1 M por otimizando o HSE."