Redox flow battery (RFB) is one of the promising energy storages systems with a grid scale owing to their decoupled energy and power density, which lead to scalability and flexibility in design. However, low energy density is a bottleneck of RFB as a technology for ESS. To aim the high energy density, the redox-active molecules should have high solubility and large voltage gap. Many redox-active organic materials have been studied for the role of catholyte in nonaqueous medium while only a few anolytes have been designed in this system. Herein, we present a new category of indazolium/indazole-based molecule that can be employed as the anolyte. Through the fundamental studies on the design of indazole derivatives and the corresponding electrochemical/chemical analyses, we discovered benzoyl indazole derivative provides high reversibility with low redox potential. After that, carbon electrodes and electrolytes were investigated to find optimal electrochemical conditions which enables stable redox reaction of benzoyl indazole derivative. Finally, galvanostatic cycling test using symmetric H-cell was carried out to assess the electrochemical/chemical reversibility and stability of benzoyl indazole derivative. This study gives the guideline to develop new redox-active organic molecules and optimize the electrochemical conditions for the application of RFBs.
레독스 흐름 전지는 에너지 밀도와 파워 밀도를 분리시킬 수 있기 때문에 쉽고 유연하게 대용량화가 가능하다. 따라서 리튬-이온 배터리를 대체할 수 있는 유망한 대용량 에너지 저장 장치 기술 중 하나이지만 낮은 에너지 밀도를 가진다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해서는 양극과 음극의 분자의 용해도가 높아야 하고, 두 분자 사이의 전위 차이가 커야 한다. 지금까지 양극의 유기 분자들은 비교적 많은 연구가 이루어진 반면, 음극에서 사용할 수 있는 유기 분자에 대한 연구는 많이 이루어지지 않았다. 우리는 인다졸리움/인다졸을 기반으로한 새로운 분자를 음전해액에 사용하기 위해 도입하였다. 분자의 체계적인 디자인과 이에 대한 전기화학적/화학적 분석을 통해, 전기화학적으로 가역적이고 낮은 산화-환원 전위를 가지는 벤조일 인다졸 유도체를 발견하였다. 이 유도체의 안정한 산화-환원 반응을 유도할 수 있는 최적의 전기화학적인 조건을 찾기 위해서 탄소 전극과 지지 전해액에 대한 연구를 진행하였다. 끝으로 찾은 최적의 조건을 이용하여 일정전류 흐름법으로 벤조일 인다졸 유도체의 전기화학적/화학적인 가역성 및 안정성을 평가하였다. 본 연구는 새로운 레독스 활성 물질을 디자인하고 이를 레독스 흐름 전지에 적용하기 위해 최적의 전기화학적인 조건을 찾는 데에 있어서 지표를 제시한다.
