Viologen a jeho strukturní analoga jako aktivní redoxní systémy pro organické průtočné baterie

Bc. Kamil Rak

Master's thesis

Viologen and its structural analogues as active redox systems for organic flow batteries

Abstract:

Redoxní průtočná baterie je zařízení pro velkokapacitní uskladnění elektrické energie, tuto baterii je možné využít zejména ve spojení se solárními nebo větrnými elektrárnami. Moderním trendem u této baterie je využití elektrolytu založeného na organické molekule schopné vratné redoxní reakce. Největší pozornost je v dnešní době věnována organickým redoxním systémům nesoucím karbonylové funkční skupiny nebo heteroaromatická jádra. Mezi organické sloučeniny s nejvyšším komercionalizačním potenciálem patří bezesporu deriváty viologenu, tedy 4,4´-bipyridinia. Proto byla experimentální část této práce věnována zejména návrhu a přípravě nových redoxních systémů, které jsou do jisté míry analogií viologenu, a mohly by být využity jako nové organické elektrolyty v redoxní průtočné baterii. Z tohoto důvodu byla pozornost dále věnována primárním elektrochemickým testům. Tyto testy u několika cílových molekul odhalily reverzibilitu jejich redoxního procesu, což je základní podmínka pro následné testy v průtočných článcích. Rovněž byly provedeny testy chemické stability a rozpustnosti vybraných cílových sloučenin ve vodných elektrolytech.

Abstract:

Redox flow battery is a device for industrial storage of electrical energy. This battery can be used jointly with solar plants or wind turbines. Redox organic electrolyte symbolize a modern trend in flow batteries developement. Nowadays, the greatest attention is paid to organic redox systems with attached carbonyl functional groups or heteroaromatic backbones. Viologen derivatives represent promising organic redox systems with the great potential for commercial application in the redox flow battery. Therefore, the experimental part of this work was mainly devoted to the design and preparation of new redox systems, which were inspired by viologen structure. These new redox systems could serve as potential organic electrolytes in the redox flow battery. For this reason, primary electrochemical analysis of the prepared target compounds was thoroughly performed. These measurements revealed the desired reversibility of the redox process for several target molecules. The chemical stability and solubility of selected target compounds in water media were examined as well.

Keywords

Redoxní průtočná baterie, elektrochemický článek, anolyt, katolyt, redoxní potenciál, cyklická voltametrie, viologen.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 6. 2020

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Milan Klikar, Ph.D.

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Master programme / field:
Chemistry / Organic Chemistry