具有氧化还原非无辜配体的配位化合物和含有它的液流电池制造技术

本发明专利技术用于液流电池和其它电化学系统的电解质溶液可含有能够在每个氧化还原循环中转移一个电子以上的活性材料。这样的活性材料可包含含金属中心和至少一个氧化还原非无辜配体的配位化合物。因此，液流电池可包含在其中具有第一电解质溶液的第一半电池，其中第一电解质溶液含有具有与金属中心配位的至少一个氧化还原非无辜配体的配位化合物。特定的氧化还原非无辜配体可包括带有醌官能团的那些，例如带有醌官能团的取代的儿茶酚化物。一些活性材料可包含组合物，其含有具有与金属中心配位的至少一个氧化还原非无辜配体的配位化合物，其中所述至少一个氧化还原非无辜配体是带有醌官能团的取代儿茶酚化物或其盐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有氧化还原非无辜配体的配位化合物和含有它的液流电池相关申请的交叉参考不适用。关于联邦资助的研究或开发的声明不适用
本公开总体上涉及能量存储，并且更具体地，涉及在电解质溶液内含有配位化合物作为活性材料的液流电池和其它电化学系统。
技术介绍
电化学能量存储系统，例如电池、超级电容器等，已被广泛提议用于大规模能量存储应用。为此目的已经考虑了各种电池设计，包括液流电池。与其它类型的电化学能量存储系统相比，液流电池可能是有利的，特别是对于大规模应用而言，因为它们能够使得功率密度和能量密度的参数彼此互不相干。液流电池一般包括在相应的电解质溶液中的负极的和正极的活性材料，它们在含有负极和正极的电化学电池中分别流过膜或隔膜的相对侧。液流电池通过在两个半电池内部发生的活性材料的电化学反应来充电或放电。用于本文中时，术语“活性材料”、“电活性材料”、“氧化还原活性材料”或其变体将同义地是指在液流电池或类似的电化学能量存储系统的运行期间(即，在充电或放电期间)经历氧化态变化的材料。虽然液流电池保持着对于大规模能量存储应用的重要前景，但它们经常受到能量存储性能(例如，往返能量效率)达不到最佳和循环寿命有限等因素的困扰。尽管进行了大量的研究工作，但尚未开发出商业上可行的液流电池技术。金属基活性材料可能经常被希望用于液流电池和其它电化学能量存储系统。虽然无束缚的金属离子(例如，氧化还原活性金属的溶解盐)可用作活性材料，但对于此目的可能经常更希望使用配位化合物。用于本文中时，术语“配位复合物”、“配位化合物”、和“金属-配体复合物”将同义地是指具有至少一个在金属中心和供体配体之间形成的共价键的化合物。金属中心在电解质溶液中可以在氧化形式和还原形式之间循环，其中氧化形式和还原形式取决于配位化合物所存在的特定半电池而表示完全充电或完全放电的状态。因为许多配位化合物的氧化还原循环涉及在金属中心仅转移一个电子(即，金属氧化态的变化为+1或-1)，所以可以存储的电荷量经常是有限的，特别对于大规模应用而言。也就是说，每单位配位化合物的转移电子比率以摩尔计是低的，通常为1:1比率。由于在电解质溶液中的溶解度经常是配位化合物和其他金属基活性材料的限制性参数，因此通过改变活性材料的浓度来增加给定液流电池构造的能量密度的机会可能极少。即使当配位化合物在电解质溶液中以接近饱和浓度使用时，由于以摩尔计的每单位活性材料的转移电子比率低，能量密度仍然可能保持不理想的差。此外，由于沉淀顾虑，在接近活性材料的饱和浓度下运行可能是不稳定的。沉淀不仅可能通过降低可用活性材料的量来降低液流电池的能量密度，而且由于潜在阻塞循环路径和对其他电池组分的损害，沉淀也可能是成问题的。鉴于前述内容，用于促进液流电池中能量密度值提高的活性材料在本领域中将是非常理想的。本公开满足了前述需求并且还提供了相关优点。
技术实现思路
在一些实施方式中，本公开提供了液流电池，其具有在其中含有第一电解质溶液的第一半电池，其中所述第一电解质溶液含有配位化合物，所述配位化合物具有与金属中心配位的至少一个氧化还原非无辜配体(non-innocentligand)。在其他各种实施方案中，本公开提供了组合物，该组合物含有配位化合物，所述配位化合物具有与金属中心配位的至少一个氧化还原非无辜配体。所述至少一个氧化还原非无辜配体含有带有醌官能团的取代的儿茶酚化物(catecholate)或其盐。前述内容相当宽泛地概括了本公开的特征，以便可以更好地理解下面的详细描述。本公开的其它特征和优点将在下文中描述。根据以下描述，这些以及其它优点和特征将变得更加显而易见。附图说明为了更完全地理解本公开及其优点，现在参考结合描述本公开的具体实施方式的附图而做出的以下描述，在附图中：图1描绘了说明性液流电池的示意图。具体实施方式本公开部分涉及液流电池和含有配位化合物作为活性材料的组合物，其中所述配位化合物包含至少一个氧化还原非无辜配体。本专利技术还部分地涉及特定组合物，所述组合物含有配位化合物，所述配位化合物具有与金属中心配位的至少一个氧化还原非无辜配体，其中所述至少一个氧化还原非无辜配体带有醌官能团。通过结合参考形成本公开的一部分的附图和实施例做出的以下描述，可以更容易理解本公开。应理解，本公开不限于本文描述和/或显示的具体产物、方法、条件或参数。此外，除非另有说明，本文中使用的术语仅出于举例描述特定实施方式的目的并且不意欲限制。类似地，除非另外特别说明，否则本文涉及组合物的任何描述意欲指示所述组合物的固体和液体两种形式，包括含有所述组合物的溶液和电解质，以及含有这样的溶液和电解质的电化学电池、液流电池和其它能量存储系统。此外，要认识到，在本文的公开内容描述电化学电池、液流电池或其它能量存储系统的情况下，要意识到也隐含描述了用于操作所述电化学电池、液流电池或其它能量存储系统的方法。还要意识到，为了清楚起见，本公开的某些特征可以在本文中在分开的实施方式的上下文中描述，但是也可以彼此组合在单个实施方式中提供。也就是说，除非明显不相容或明确排除，否则每个个体实施方式被认为可与任何其他实施方式组合，并且所述组合被认为代表另一个不同的实施方式。相反，为了简洁起见，在单个实施方式的上下文中描述的本公开的各种特征也可以分开或以任何子组合提供。最后，虽然特定实施方式可以被描述为一系列步骤的一部分或者更通用结构的一部分，但每个步骤或子结构本身也可以被认为是独立的实施方式。除非另有说明，否则应理解列表中的每个个体要素和该列表中个体要素的每个组合将被解释为不同的实施方式。例如，呈现为“A、B或C”的实施方式列表将被解释为包括实施方式“A”、“B”、“C”、“A或B”、“A或C”、“B或C”、或“A、B或C”。在本公开中，“一”和“所述”的单数形式也包括相应的复数所指，并且引用特定数值至少包括该特定值，除非上下文另有明确指示。因此，例如，提及“一材料”是指这样的材料中的至少一种及其等同物。一般而言，使用术语“约”指示可以根据通过所公开的主题寻求获得的期望性质而变化的近似值，并且以上下文相关的方式基于功能性进行解释。因此，本领域普通技术人员将能够根据各种情况来解释变异程度。在一些情况下，表达特定值时使用的有效数字的数量可以是确定术语“约”所允许的变异的代表性技术。在其它情况下，可以使用在一系列值中的渐变来确定术语“约”所允许的变异范围。此外，本公开中的所有范围都是包含性的和可组合的，并且引用以范围陈述的值包括该范围内的每个值。如上所述，可以在保持高运行效率的同时大规模运行的能量存储系统可能是极为理想的。在这方面，液流电池已经引起了极大的兴趣，但仍有相当大的空间来改善它们的运行特性。特别地，当在液流电池中使用配位化合物时，以摩尔计的每单位活性材料的转移电子的低比率经常具有限制性。下文提供说明性液流电池、它们的用途和运行特性的示例性描述。本专利技术人认识到，通过在氧化还原循环期间增加以摩尔计的每单位活性材料的转移电子的比率，可以改善液流电池和其它电化学系统的能量密度。对于许多配位化合物而言，该比率固定在数值1，并基于配位化合物内金属中心的氧化和还原。钒基和锌基活性材料是明显的例外，但它们具有明显的局限性。本专利技术人认识到，含有至少一个也能够在电解质溶液的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液流电池，其包含：在其中具有第一电解质溶液的第一半电池，所述第一电解质溶液包含配位化合物，所述配位化合物具有与金属中心配位的至少一个氧化还原非无辜配体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.07 US 15/093,6061.一种液流电池，其包含：在其中具有第一电解质溶液的第一半电池，所述第一电解质溶液包含配位化合物，所述配位化合物具有与金属中心配位的至少一个氧化还原非无辜配体。2.权利要求1的液流电池，其中所述至少一个氧化还原非无辜配体带有醌官能团。3.权利要求2的液流电池，其中所述至少一个氧化还原非无辜配体包含带有醌官能团的取代的儿茶酚化物或其盐。4.权利要求3的液流电池，其中所述醌官能团与带有所述取代的儿茶酚化物的芳族环稠合。5.权利要求3的液流电池，其中所述醌官能团经由连接基连接至带有所述取代的儿茶酚化物的芳族环。6.权利要求3的液流电池，其中所述至少一个氧化还原非无辜配体选自下组：7.权利要求3的液流电池，其中所述配位化合物由下式表示：DgM(L1)(L2)(L3)；其中M是过渡金属；D是铵、四烷基铵或碱金属离子；g范围在0和6之间；并且L1、L2和L3是配体，L1、L2和L3中的至少一个是所述至少一个氧化还原非无辜配体。8.权利要求7的液流电池，其中所述过渡金属包含钛。9.权利要求1的液流电池，其中所述金属中心包含过渡金属。10.权利要求9的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·米拉尔德，
申请(专利权)人：洛克希德马丁能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US