一种水相-有机氧化还原液流电池制造技术

本发明专利技术公开一种水相

【技术实现步骤摘要】
一种水相
‑
有机氧化还原液流电池


[0001]本专利技术属于水相有机液流电池
，具体涉及一种水相有机液流电池电解质组合。

技术介绍

[0002]大规模储能技术是解决可再生能源发电不连续、不稳定特征的关键瓶颈技术。作为大规模储能技术之一的液流电池电化学储能技术，具有大功率运行响应速度快、不受地理位置限制、安全性能高(不易燃烧和爆炸)等特点，能够满足多样化的场景需求。水相有机液流电池还具有腐蚀性低、成本低、电解质易于设计、循环性好、环境友好等特点。
[0003]WO2017/025177描述了部分胺类氧化还原活性组分作为液流电池的电解质，在实施例中将TEMPO
‑
氯化铵与二甲基紫精氯化物作为电解质溶液，其中二甲基紫精氯化物(俗称百草枯)已被中国、瑞典、科威特、芬兰、丹麦、英国、巴西等国家禁用，大规模商业化使用受限。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术公开了一种水系有机氧化还原液流电池。技术方案如下：
[0005]一种水相
‑
有机氧化还原液流电池，包括电极、隔膜和电解液，电极为碳毡或碳纸，隔膜为阴离子交换膜或多孔膜，电解液包括正极活性物质、负极活性物质、水和支持电解质，所述正极活性物质为具有六元四甲基环状氮氧自由基化合物，所述负极活性物质为乙撑
‑
联吡啶类化合物。
[0006]进一步地，所述具有六元四甲基环状氮氧自由基化合物中包括含1～4个式(1)基团的氧化还原活性组分，优选地1～3个，式(1)的结构式如下：
[0007][0008]其中，R1、R2彼此独立地是OH、COOH、COONa、COOK、COONH4、PO3H、PO3Na、PO3K、PO3NH4、SO3H、SO3Na、SO3K、SO3NH4、O(CH2)
m N(CH3)
3+
、N(CH3)
3+
、N(CH3)
2+
(CH2)
n
N(CH3)
3+
、CH2N(CH3)
3+
、CH2N(CH3)
2+
(CH2)
p N(CH3)
3+
或(CH2OCH2)
q
CH2OH，其中，m、n、p、q彼此独立地表示为1～9的任一自然数。。
[0009]进一步地，所述乙撑
‑
联吡啶类化合物中包括含1～4个式(2)基团的氧化还原活性组分，优选地1～3个，式(2)的结构式如下：
[0010][0011]其中，R3、R4彼此独立地表示烷基、烷氧基、卤代烷基、环烷基、芳基、芳烷基、杂环基、卤素、羟基、氨基、硝基或氰基；
[0012]X
e
‑
中，X表示阴离子，其化合价为e价；
[0013]m1和m2彼此独立地为0～4的整数；
[0014]e为1～3的整数；
[0015]n＝2/e。
[0016]进一步地，所述支持电解质包括KCl、NaCl、NH4Cl、KF、NaF、KBr、NaBr、KHCO3、K2CO3、NaHCO3、Na2CO3、Na3PO4、Na2HPO4、KH2PO4、K3PO4、K2HPO4、KH2PO4、(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)H2PO4、KNO3、NaNO3、NH4HCO3、NH4NO3中的一种或几种。
[0017]进一步地，所述X
e
‑
为Fˉ、Clˉ、Brˉ、SO42ˉ、HSO4ˉ、NO3ˉ、S2ˉ、HSˉ、HCO3ˉ、CO
32
ˉ、ClOˉ中的一种。
[0018]进一步地，所述导电性碳基材料为碳毡、碳布、碳纸中的一种或多种，优选地，所述导电性碳基材料为为改性碳毡、碳布、碳纸中的一种或多种。
[0019]进一步地，所述多孔膜平均孔径小于60nm。
[0020]进一步地，所述电解液中正极活性物质的摩尔浓度为0.4～4mol/L；所述电解液中负极活性物质的摩尔浓度为0.4～4mol/L。
[0021]进一步地，所述电解液中支持电解质的摩尔浓度为0
‑
2mol/L。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术在pH值为中性的水相条件下，选用具有较低腐蚀性、成本低廉、稳定性优异的有机胺类氧化还原活性组分作为液流电池电解质，将其分别置于不同的电解池槽中，在两个单独的回路中循环。在这一过程中，已溶解的有机电解质会发生氧化或还原反应；充电过程会吸收电能，放电过程会释放电能；离子交换膜可实现充放电过程中的离子传输和平衡。该类水系
‑
有机液流电池的功率大小取决于反应面积，蓄电能力取决于电解槽的大小，装置具有很强的可扩展性，其输出功率可高达到数百兆瓦，电量可达千兆瓦时的水平。电解质为水溶液，不含可燃或易爆物质，因此适于作为大型固定储能。同时，其使用寿命长，真正做到将富余电量可以暂时或长期存储起来，有需要时再输送出去，有助于保持传统输电网络的稳定，具有很高的实用价值。
[0024]在该水相
‑
有机液流电池中在充放电过程期间的反应的示例性描述：
[0025]阳极：
[0026][0027]阴极：
[0028][0029]本专利技术的水相
‑
有机液流电池正极电解质所述六元哌啶环在3、4位都可以进行修饰，可获得更高的溶解度，使电池具有更高的能量密度；负极电解质具有更高的安全性和稳定性，为国家非禁售产品，具有更高的商业价值。本专利技术液流电池具有寿命长、储能规模大、安全可靠、环境友好等特点，可有效实现可再生能源发电的调幅调频、平滑输出、跟踪计划发电，提高电网对可再生能源发电的消纳能力，解决弃风、弃光问题。
附图说明
[0030]图1为本专利技术正极活性物质(式(1))和负极活性物质(式(2))结构式；
[0031]图2为本专利技术实施例1制备电解液循环伏安测试图；
[0032]图3为本专利技术实施例2制备电解液循环伏安试图；
[0033]图4为本专利技术实施例3制备电解液循环伏安试图；
[0034]图5本专利技术实施例4制备电池充放电测试图；
[0035]图6本专利技术实施例5制备电池组充放电测试图；
[0036]图7本专利技术实施例6制备电池充放电测试图。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。
[0038]实施例1
[0039]称取2.49g1
‑
哌啶酰氧基2,2,6,6
‑
四甲基
‑4‑
(三甲基氨)
‑
氯，称取58.44g氯化钠，加水将二者溶解，定容至1L。分别用碳毡和和石墨烯改性碳毡作为工作电极，甘汞电极作为参比电极，扫描速度为20mV/s进行循环伏安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水相
‑
有机氧化还原液流电池，其特征在于，包括电极、隔膜和电解液，电极为导电性碳基材料，隔膜为阴离子交换膜或多孔膜，电解液包括正极活性物质、负极活性物质、水和支持电解质，所述正极活性物质为具有六元四甲基环状氮氧自由基化合物，所述负极活性物质为乙撑
‑
联吡啶类化合物。2.根据权利要求1所述的一种水相
‑
有机氧化还原液流电池，其特征在于，所述具有六元四甲基环状氮氧自由基化合物中包括含1～4个式(1)基团的氧化还原活性组分，式(1)的结构式如下：其中，R1、R2彼此独立地是OH、COOH、COONa、COOK、COONH4、PO3H、PO3Na、PO3K、PO3NH4、SO3H、SO3Na、SO3K、SO3NH4、O(CH2)
m
N(CH3)
3+
、N(CH3)
3+
、N(CH3)
2+
(CH2)
n
N(CH3)
3+
、CH2N(CH3)
3+
、CH2N(CH3)
2+
(CH2)
p
N(CH3)
3+
或(CH2OCH2)
q
CH2OH，其中，m、n、p、q彼此独立地表示为1～9的任一自然数。3.根据权利要求1所述的一种水相
‑
有机氧化还原液流电池，其特征在于，所述乙撑
‑
联吡啶类化合物中包括含1～4个式(2)基团的氧化还原活性组分，式(2)的结构式如下：其中，R3、R4彼此独立地表示烷基、烷氧基、卤代烷基、环烷基、芳基、芳烷基、杂环基、卤素、羟基、氨基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，王晶，蔡红云，李成钢，姚忠，
申请(专利权)人：宿迁时代储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：