Recyclable organic Redox Flow Batteries

This project stems from the rising demand for electricity and energy production. Recent research has shown a strong interest in Organic Redox Flow Batteries (ORFBs), defined as stationary energy storage systems that use redox reactions involving organic electroactive molecules capable of being reduced, like quinones and carbonyls, or oxidized, like radical nitroxide or dialkoxybenzene. The experimental work is implemented in such a way, starting from precursors, to monomers, followed by polymers and copolymers. The employment of polymers is strategic because it prevents the crossover of electroactive materials and involves the use of a membrane that retains macromolecules, allowing only ions to pass from one side to the other. The electrochemical characterization of precursors and small molecules helps to improve the chemical structure of monomers, highlighting the dependence of the chemical structure on the electrochemical response. Organic Redox polymethacrylates have been synthesized, displaying high solubility in organic solvents thanks to copolymerization reactions with different pendant groups. Their electrochemical performance is found to be related to the original monomer. Modular design strategies were proposed to improve the corresponding electroactivity.

Questo progetto nasce dalla crescente domanda di elettricità e produzione di energia. Recenti ricerche hanno dimostrato un forte interesse per le batterie organiche a flusso redox (ORFB), definite come sistemi di accumulo di energia stazionari che utilizzano reazioni redox che coinvolgono molecole elettroattive organiche in grado di essere ridotte, come chinoni e carbonili, o ossidate, come nitrossidi radicali o dialcossibenzene. Il lavoro sperimentale è implementato in modo tale da partire dai precursori, passare ai monomeri e proseguire con i polimeri e i copolimeri. L'uso dei polimeri è strategico perché impedisce il crossover dei materiali elettroattivi e comporta l'uso di una membrana che trattiene le macromolecole, consentendo solo agli ioni di passare da un lato all'altro. La caratterizzazione elettrochimica dei precursori e delle piccole molecole contribuisce a migliorare la struttura chimica dei monomeri, evidenziando la dipendenza della struttura chimica dalla risposta elettrochimica. Sono stati sintetizzati polimetacrilati redox organici, che mostrano un'elevata solubilità nei solventi organici grazie alle reazioni di copolimerizzazione con diversi gruppi pendenti. Le loro prestazioni elettrochimiche risultano correlate al monomero originale. Sono state proposte strategie di progettazione modulare per migliorare la corrispondente elettroattività.