レドックスフロー電池のための有機反応性分子ベース電解質。分子設計の現状と課題

Organic Electroactive Molecule-Based Electrolytes for Redox Flow Batteries: Status and Challenges of Molecular Design.

• Fangfang Zhong
• Minghui Yang
• Mei Ding
• Chuankun Jia

抄録

レドックスフロー電池(RFB)のキーコンポーネントである有機電気活性分子の分子設計の進歩を批判的にレビューしたものである。大きな可能性を秘めた大規模エネルギー貯蔵システムとして、ここ数十年で注目度が高まっているのがレドックスフロー電池である。RFBのために化学エネルギーと電気エネルギーの相互変換を橋渡しするレドックス分子は、エネルギー貯蔵、機能性材料、合成化学など多くの分野で幅広い関心を集めています。しかし、最も広く利用されている電気活性分子は無機金属イオンであり、そのほとんどが希少で高価であるため、RFBの幅広い展開の妨げとなっています。そのため、RFBの商業化に向けて、費用対効果の高い新規な電気活性分子を開発することが急務となっています。キノンやニトロキシドラジカル誘導体のような有機電気活性分子をベースとしたRFBは、過去10年間に研究され、その固有の利点からホットな研究トピックとなっている。しかし、有機電気活性分子の分子設計に関する包括的なまとめはほとんど発表されていない。ここでは、非水系と水系の両方のRFBにおける有機電気活性分子の最新の進展と課題をレビューし、RFBや他の電気化学エネルギー貯蔵システムのさらなる発展に向けた将来の展望を提示する。

This is a critical review of the advances in the molecular design of organic electroactive molecules, which are the key components for redox flow batteries (RFBs). As a large-scale energy storage system with great potential, the redox flow battery has been attracting increasing attention in the last few decades. The redox molecules, which bridge the interconversion between chemical energy and electric energy for RFBs, have generated wide interest in many fields such as energy storage, functional materials, and synthetic chemistry. The most widely used electroactive molecules are inorganic metal ions, most of which are scarce and expensive, hindering the broad deployment of RFBs. Thus, there is an urgent motivation to exploit novel cost-effective electroactive molecules for the commercialization of RFBs. RFBs based on organic electroactive molecules such as quinones and nitroxide radical derivatives have been studied and have been a hot topic of research due to their inherent merits in the last decade. However, few comprehensive summaries regarding the molecular design of organic electroactive molecules have been published. Herein, the latest progress and challenges of organic electroactive molecules in both non-aqueous and aqueous RFBs are reviewed, and future perspectives are put forward for further developments of RFBs as well as other electrochemical energy storage systems.

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