季铵盐型蒽醌活性物质的应用以及有机水相盐穴电池制造技术

本发明专利技术公开了一种季铵盐型蒽醌活性物质的应用以及有机水相盐穴电池，将季铵盐型蒽醌活性物质作为负极活性物质应用于盐穴电池，季铵盐基团的引入可以提高蒽醌在中性氯化钠溶液中的溶解度，从而提高电池的能量密度，同时该物质也具有有较好的稳定性，无需在惰性气体环境保护下进行充放电。

Application of quaternary ammonium salt anthraquinone active substance and organic aqueous salt cell

【技术实现步骤摘要】
季铵盐型蒽醌活性物质的应用以及有机水相盐穴电池
本专利技术属于液流电池
，具体涉及一种季铵盐型蒽醌活性物质的应用以及具有该季铵盐型蒽醌活性物质的有机水相盐穴电池。
技术介绍
随着经济的快速发展，伴随而来的环境以及能源短缺等问题日趋严重，促进一些清洁能源如风能、太阳能、潮汐能等大力发展。但是由于这些可再生能源的不连续和不稳定性，使其利用受到大量限制，利用率低。因此需要大力发展储能技术，为电网的稳定性提供保障。在各种储能技术中，液流电池储能技术由于具有容量大、安全性高、低成本的优势是大规模储能技术的首选。其中大规模液流电池储能技术涉及到大量电解液的存储。一般存储电量越多所需的电解液越多，需要的容腔就越大。盐腔是地下盐层利用水溶性开采盐矿后的地下空穴，目前已经被用来存储高压气体或者石油等。其具有容量大、密封性能好、渗透系数小等优点，因此可以用于大量电解液的存储。但是目前发展较为成熟的液流电池主要采用的是无机类型的电解质，如钒液流电池和锌溴液流电池等，面临着强酸体系或者活性物质毒性较大等问题，对生态环境影响较大，因此需要开发出适合地下盐穴存储电解液的液流电池。近年来，一种有机水相液流电池，由于其电解质具有丰富的选择，中性水相电解液即环保且廉价，被认为是液流电池中比较有应用前景的一种。但是有机类活性物质，在水溶液中溶解度受限，因此需要针对水性体系对其活性物质单独设计，提高其溶解度和能量密度。
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季铵盐型蒽醌活性物质的应用，该季铵盐型蒽醌活性物质能够用于盐穴电池，能够提高其溶解度和能量密度。本专利技术还提出一种有机水相盐穴电池，该有机水相盐穴电池具有较高的能量效率。根据本专利技术第一方面实施例的季铵盐型蒽醌活性物质的应用，将季铵盐型蒽醌活性物质作为负极活性物质应用于盐穴电池。根据本专利技术实施例的季铵盐型蒽醌活性物质能够适用于盐穴电池，可以作为盐穴电池中的负极活性物质，通过对活性物质单独设计，季铵盐基团的引入可以提高蒽醌在中性氯化钠溶液中的溶解度，从而提高电池的能量密度。根据本专利技术一个实施例，所述季铵盐型蒽醌活性物质的制备方法包括以下步骤：S1、将1,8-二羟基蒽醌、溴代烷基三甲基溴化铵、碳酸钾和碘化钾搅拌溶解于N,N-二甲基甲酰胺中进行反应；S2、反应结束后进行一次抽滤，在抽滤后得到的滤液中加入过量四丁基氯化铵，再进行二次抽滤，干燥得到产物。根据本专利技术一个实施例，步骤S1中的溴代烷基三甲基溴化铵中的烷基链n＝1,2,3…..12。根据本专利技术一个实施例，步骤S1中的反应物摩尔比为：1,8-二羟基蒽醌：溴代烷基三甲基溴化铵：碳酸钾：碘化钾：N,N-二甲基甲酰胺＝1:2～5:2～8:0.01～0.1:10～100。根据本专利技术一个实施例，步骤S1中的反应温度为100℃～200℃，反应时间为10h～48h。根据本专利技术一个实施例，步骤S2中反应结束后冷却至室温后进行一次过滤，经过二次过滤后真空干燥得到所述产物。根据本专利技术一个实施例，有机水相盐穴电池包括：电解液槽体，所述电解液槽体内充入电解液；两个极板，两个所述极板分别设于所述电解液槽体且相对设置；电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解液槽体内且将所述电解液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正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透，所述负极活性物质为季铵盐型蒽醌活性物质。根据本专利技术一个实施例，所述正极活性物质为有机活性分子。根据本专利技术一个实施例，所述正极活性物质为联吡啶衍生物、二茂铁及衍生物。根据本专利技术一个实施例，所述正极活性物质与所述负极活性物质的浓度分别为0.01mol/L～4mol/L。根据本专利技术一个实施例，所述电解液包括支持电解质，所述电池隔膜能够供所述支持电解质穿透。根据本专利技术一个实施例，所述支持电解质为单组份中性盐水溶液或混合中性盐水溶液。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、CaSO4盐溶液、BaCl2盐溶液、BaSO4盐溶液中的至少一种。根据本专利技术一个实施例，所述电池隔膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜、选择性渗透膜、阴阳离子复合交换膜、透析膜或多孔膜中的一种。根据本专利技术一个实施例，所述的有机水相盐穴电池还包括：两个电解液储液库，两个所述电解液储液库内分别盛装有电解液；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。根据本专利技术一个实施例，所述盐穴的深度在地下100m～2000m，物理体积在5万m3～50万m3，地热温度在25℃～70℃，所述盐穴的溶腔的直径为40m～120m，高度60m～400m。根据本专利技术一个实施例，所述的有机水相盐穴电池还包括：电解液出液管，所述电解液出液管设于所述盐穴的开口处，所述电解液出液管的下端伸入所述盐穴内的电解液液面以下，所述电解液出液管的上端与所述循环管路相连以将所述盐穴内的电解液通过所述电解液出液管输出；电解液进液管，所述电解液出液管设于所述盐穴的开口处且套置在所述电解液出液管内，所述电解液进液管的下端朝向所述盐穴内的电解液所在方向延伸，所述电解液进液管的上端与所述循环管路相连以将所述电解液储液库内的电解液输入至所述盐穴。根据本专利技术一个实施例，所述电解液出液管与所述电解液进液管的内径为15m～60cm，外径为20m～80cm。根据本专利技术第二方面实施例的有机水相盐穴电池的应用，有机水相盐穴电池应用于储能电站，用于调峰、紧急动力供给，或者用于存储间歇性的可再生能源的电能。本专利技术的有益效果包括：(1)该季铵盐型蒽醌物质在pH为5～10时，都具有较好的氧化机理。一般蒽醌型物质要在酸碱环境下质子参与具有较好的氧化机理，但是根据本专利技术实施例合成的季铵盐蒽醌物质在中性环境具有较好的氧化机理，适合中性盐溶液作为支持电解质，不需要再调pH值。(2)该季铵盐型蒽醌物质具有较好的稳定性，无需在惰性气体环境保护下进行充放电，同时其他离子如Ca2+、Mg2+、SO42-、PO43-等不影响该物质在氯化钠溶液中的溶解度。一般有机体系对空气中的氧比较敏感，在氧环境下容易自放电，因此在电池测试的时候需要在惰性气体保护环境下运行，提高其放电容量。地下盐穴周围是盐层，盐层里面含有其他杂质离子，为了让其他离子的存在不影响活性物质的溶解度及电化学活性，因此考察了一些离子对其溶解度的影响。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种季铵盐型蒽醌活性物质的应用，其特征在于，将季铵盐型蒽醌活性物质作为负极活性物质应用于盐穴电池。/n

【技术特征摘要】
1.一种季铵盐型蒽醌活性物质的应用，其特征在于，将季铵盐型蒽醌活性物质作为负极活性物质应用于盐穴电池。


2.根据权利要求1所述的季铵盐型蒽醌活性物质的应用，其特征在于，所述季铵盐型蒽醌活性物质的制备方法包括以下步骤：
S1、将1,8-二羟基蒽醌、溴代烷基三甲基溴化铵、碳酸钾和碘化钾搅拌溶解于N,N-二甲基甲酰胺中进行反应；
S2、反应结束后进行一次抽滤，在抽滤后得到的滤液中加入过量四丁基氯化铵，再进行二次抽滤，干燥得到产物。


3.根据权利要求2所述的季铵盐型蒽醌活性物质的应用，其特征在于，步骤S1中的溴代烷基三甲基溴化铵中的烷基链n＝1,2,3…..12。


4.根据权利要求2所述的季铵盐型蒽醌活性物质的应用，其特征在于，步骤S1中的反应物摩尔比为：1,8-二羟基蒽醌：溴代烷基三甲基溴化铵：碳酸钾：碘化钾：N,N-二甲基甲酰胺＝1:2～5:2～8:0.01～0.1:10～100。


5.根据权利要求2所述的季铵盐型蒽醌活性物质的应用，其特征在于，步骤S1中的反应温度为100℃～200℃，反应时间为10h～48h。


6.根据权利要求5所述的季铵盐型蒽醌活性物质的应用，其特征在于，步骤S2中反应结束后冷却至室温后进行一次过滤，经过二次过滤后真空干燥得到所述产物。


7.一种有机水相盐穴电池，其特征在于，包括：
电解液槽体，所述电解液槽体内充入电解液；
两个极板，两个所述极板分别设于所述电解液槽体且相对设置；
电池隔膜，所述电池隔膜位于所述电解液槽体内且将所述电解液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正极活性物质的正极电解液，所述阴极区内具有包括负极活性物质的负极电解液，所述电池隔膜能够阻止所述正极活性物质和所述负极活性物质穿透，所述负极活性物质为季铵盐型蒽醌活性物质。


8.根据权利要求7所述的有机水相盐穴电池，其特征在于，所述正极活性物质为有机活性分子。


9.根据权利要求8所述的有机水相盐穴电池，其特征在于，所述正极活性物质为联吡啶衍生物、二茂铁及衍生物。


10.根据权利要求8所述的有机水相盐穴电池，其特征在于，所述正极活性物质与所述负极活性物质的浓度分别为0.01mol/L～4mol/L。


11.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈留平，李丹，王慧，赵宇，祝英忠，徐俊辉，马旭强，
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