基于盐穴的水相体系有机液流电池系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，包括：两个电解液储液库，电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，溶腔内有电解液，电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质，正极活性物质为亚铁氰化钾或钠/铁氰化钾或钠类化合物；负极活性物质为咯嗪类化合物或核黄素及其衍生物，正极活性物质和负极活性物质以本体形式直接溶解或分散在以水为溶剂的体系中，支持电解质溶解于体系中；液流电池堆，液流电池堆分别与两个电解液储液库连通。该基于盐穴的水相体系有机液流电池系统不仅具有成本低、安全性能高、充放电性能稳定、活性材料溶解度高等优点，还能够解决大规模电化学能源储存，充分利用一些废弃的盐穴资源。

【技术实现步骤摘要】
基于盐穴的水相体系有机液流电池系统
本专利技术属于液流电池领域，具体涉及一种基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，该系统可应用于大规模化学储能。
技术介绍
随着人类经济快速发展，环境污染和能源短缺等问题日益加剧，促使世界各国广泛得开发利用风能、太阳能、潮汐能等可再生能源。然而这些可再生能源具有不连续、不稳定、受地域环境限制和并网难的特性，导致其利用率低，弃风弃光率高，浪费资源。因此需要大力发展可与其配合使用的高效、廉价、安全可靠的储能技术。在各种电化学储能策略中，相对于静态电池比如锂离子电池和铅酸电池，液流电池(RedoxFlowBatteries,RFBs)有几个特别的技术优点，最适于大规模(兆瓦/兆瓦时)的电化学能源储存，比如相对独立的能量和功率控制、大电流大功率运行(响应快)、安全性能高(主要是指不易燃烧和爆炸)等。目前国内很流行的一个储能项目就是钒液流电池，中国是钒矿的自然储存大国，短期而言，用于钒液流电池的钒原料不是问题。但考虑到全球范围内有限的钒矿资源以及高的钒矿价格(V2O5，$20/kg)，钒液流电池的普及和长期使用都很难实现。钒液流电池以及锌溴液流电池都是传统的液流电池技术，存在一些技术缺陷：比如活性物质在电极间的穿梭效应导致的自放电以及库伦效率低；腐蚀性电解液不环保以及安全隐患。钒液流电池的成本大概是$450/千瓦时，美国能源部推荐的电化学储能的普及价格要在$150/千瓦时以下，这就意味着要开发高性能、经济适用的全新液流电池技术。盐穴是利用水溶方式开采盐矿后留下的地下洞穴，形状与大小根据不同的地质条件而定，体积巨大且密封良好，体积一般在107～108m3之间，因此，盐穴提供了一个巨大而安全的地下空间用于储存电解液，盐穴主要被用来储存天然气与石油，但是目前国内很多盐穴因为其技术指标无法达到储油或者储气的技术要求，基本处于空置状态。而利用盐穴来储存水相体系的电解液对盐穴的密封性、抗压性及稳定性方面要求较低。因此，利用盐穴来储存电解液可充分实现盐穴的综合利用。但是，针对适用于盐穴体系(利用原位生成的电解液)的电池系统仍需要开发。目前水相液流电池仍然面临着一些挑战，如活性材料(有机物)溶解度有限、电解液易交叉污染、操作电流密度低、易发生水电解副反应等。因此，开发克服以上缺点，并且可以潜在应用于大规模盐穴水相体系液流电池是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，该基于盐穴的水相体系有机液流电池系统具有成本低、安全性能高、充放电性能稳定，活性材料溶解度高等优点。根据本专利技术实施例的基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，包括两个电解液储液库，两个所述电解液储液库间隔开相对设置，所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，所述溶腔内储存有电解液，所述电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质，所述正极活性物质为亚铁氰化钾或钠/铁氰化钾或钠类化合物；所述负极活性物质为咯嗪类化合物或核黄素及其衍生物，所述正极活性物质和负极活性物质以本体形式直接溶解或分散在以水为溶剂的体系中且分别存储于两个所述盐穴中，所述支持电解质溶解于所述体系中；液流电池堆，所述液流电池堆分别与两个所述电解液储液库连通；所述液流电池堆包括：电解池槽体，电解池槽体内充入所述电解液；两个极板，两个所述极板相对设置；电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解池槽体内，所述电池隔膜将所述电解池槽体分隔为与一所述电解液储液库连通的阳极区和与另一所述电解液储液库连通的阴极区，一所述极板设于所述阳极区，另一所述极板设于所述阴极区，所述阳极区内具有包括所述正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括所述负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透，阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透；循环管路，所述循环管路将一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阳极区，所述循环管路将另一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阴极区；循环泵，所述循环泵设于所述循环管路，通过所述循环泵使所述电解液循环流动供给。根据本专利技术实施例的基于盐穴的水相体系有机液流电池，具有成本低、安全性能高、充放电性能稳定，活性材料溶解度高等优点，而且该液流电池储能系统不仅能解决大规模(兆瓦/兆瓦时)的电化学能源储存，还能够充分利用一些废弃的盐穴(矿)资源。根据本专利技术一个实施例，所述正极活性物质的浓度为0.05mol·L-1～3.0mol·L-1，所述负极活性物质的浓度为0.05mol·L-1～4.0mol·L-1。根据本专利技术一个实施例，所述电解液储液库为密封容器。根据本专利技术一个实施例，所述电解液储液库内通入惰性气体进行保护。根据本专利技术一个实施例，所述保护气体为氮气或氩气。根据本专利技术一个实施例，所述电池隔膜为聚合物多孔膜，孔径为10nm～300nm。根据本专利技术一个实施例，所述聚合物多孔膜包括聚丙烯PP膜、聚四氟乙烯PTFE膜、聚偏氟乙烯PVDF膜、硅基聚丙烯PP膜、聚乙烯PE膜、聚苯乙烯PS膜、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA膜中的一种。根据本专利技术一个实施例，所述电池隔膜为硅基PP、PE或PVDF。根据本专利技术一个实施例，所述电池隔膜的孔径为150nm～200nm。根据本专利技术一个实施例，所述支持电解质为NaCl盐溶液、KCl盐溶液、Na2SO4盐溶液、K2SO4盐溶液、MgCl2盐溶液、MgSO4盐溶液、CaCl2盐溶液中的至少一种。根据本专利技术一个实施例，所述支持电解质的摩尔浓度为0.1mol·L-1～8.0mol·L-1。根据本专利技术一个实施例，所述电解液还包括：添加剂，所述添加剂为pH调节剂或者粘度改进剂，所述添加剂溶解于所述体系中。根据本专利技术一个实施例，所述的pH调节剂为NaOH、KOH、Na2CO3、CaO等中的一种或两种以上。根据本专利技术一个实施例，所述pH调节剂的pH范围为：8.5≤pH≤14.0。根据本专利技术一个实施例，所述添加剂为羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、聚环氧乙烷、改性淀粉、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，在25℃温度下，添加所述添加剂后的所述电解液的粘度为1mPas～106mPas。根据本专利技术一个实施例，25℃温度下，所述电解液的粘度为102mPas～104mPas；根据本专利技术一个实施例，所述极板形成为石墨毡。根据本专利技术一个实施例，所述极板的厚度为2mm～8mm。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术实施例的基于盐穴的水相体系有机液流电池系统的结构示意图；图2是根据本专利技术一实施例的核黄素在不同扫描速率下的CV图；图3是根据本专利技术一实施例的核黄素峰电流与扫描速率二分之一次方的拟合图；图4是根据本专利技术一实施例的亚铁氰化钾在不同扫描速率下的CV图；图5是根据本专利技术一实施例的亚铁氰化钾峰电流与扫描速率二分之一次方的拟合图；图6是根据本专利技术一实施例的正极为亚铁氰化钾,负极为核黄素的CV图；图7是根据本专利技术的实施例1至实施例5中亚铁氰化钾标准电位与pH的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，其特征在于，包括：两个电解液储液库，两个所述电解液储液库间隔开相对设置，所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，所述溶腔内储存有电解液，所述电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质，所述正极活性物质为亚铁氰化钾或钠/铁氰化钾或钠类化合物；所述负极活性物质为咯嗪类化合物或核黄素及其衍生物，所述正极活性物质和负极活性物质以本体形式直接溶解或分散在以水为溶剂的体系中且分别存储于两个所述盐穴中，所述支持电解质溶解于所述体系中；液流电池堆，所述液流电池堆分别与两个所述电解液储液库连通；所述液流电池堆包括：电解池槽体，电解池槽体内充入所述电解液；两个极板，两个所述极板相对设置；电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解池槽体内，所述电池隔膜将所述电解池槽体分隔为与一所述电解液储液库连通的阳极区和与另一所述电解液储液库连通的阴极区，一所述极板设于所述阳极区，另一所述极板设于所述阴极区，所述阳极区内具有包括所述正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括所述负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透，阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透；循环管路，所述循环管路将一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阳极区，所述循环管路将另一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阴极区；循环泵，所述循环泵设于所述循环管路，通过所述循环泵使所述电解液循环流动供给。...

【技术特征摘要】
1.一种基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，其特征在于，包括：两个电解液储液库，两个所述电解液储液库间隔开相对设置，所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，所述溶腔内储存有电解液，所述电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质，所述正极活性物质为亚铁氰化钾或钠/铁氰化钾或钠类化合物；所述负极活性物质为咯嗪类化合物或核黄素及其衍生物，所述正极活性物质和负极活性物质以本体形式直接溶解或分散在以水为溶剂的体系中且分别存储于两个所述盐穴中，所述支持电解质溶解于所述体系中；液流电池堆，所述液流电池堆分别与两个所述电解液储液库连通；所述液流电池堆包括：电解池槽体，电解池槽体内充入所述电解液；两个极板，两个所述极板相对设置；电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解池槽体内，所述电池隔膜将所述电解池槽体分隔为与一所述电解液储液库连通的阳极区和与另一所述电解液储液库连通的阴极区，一所述极板设于所述阳极区，另一所述极板设于所述阴极区，所述阳极区内具有包括所述正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括所述负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透，阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透；循环管路，所述循环管路将一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阳极区，所述循环管路将另一所述电解液储液库内的电解液输入或输出所述阴极区；循环泵，所述循环泵设于所述循环管路，通过所述循环泵使所述电解液循环流动供给。2.根据权利要求1所述的基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，其特征在于，所述正极活性物质的浓度为0.05mol·L-1～3.0mol·L-1，所述负极活性物质的浓度为0.05mol·L-1～4.0mol·L-1。3.根据权利要求1所述的基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，其特征在于，所述电解液储液库为密封容器。4.根据权利要求1所述的基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，其特征在于，所述电解液储液库内通入惰性气体进行保护。5.根据权利要求4所述的基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，其特征在于，所述保护气体为氮气或氩气。6.根据权利要求1所述的基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，其特征在于，所述电池隔膜为聚合物多孔膜，孔径为10nm～300nm。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊辉，韩俊甜，崔耀星，苏志俊，李丹，马旭强，陈留平，
申请(专利权)人：中盐金坛盐化有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32