一种络合剂在锌溴蓄电池电解液中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种溴化物在锌溴蓄电池电解液中的应用，所述溴化物为四乙基溴化铵(TEABr)，所述溴化物在电解液中的浓度为0.1

【技术实现步骤摘要】
一种络合剂在锌溴蓄电池电解液中的应用


[0001]本专利技术涉及一种锌溴蓄电池。
技术背景
[0002]锌溴液流电池(zinc bromine flow battery,ZBB)是一种能量转换效率高、能量密度高(理论能量密度435wh/kg)、关键材料(隔膜、电解液)价格便宜的液流储能电池，广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电、电网调峰调频、通信基站等领域，由于其系统成本价格便宜，循环使用寿命长使其成为大规模储能技术首选技术之一。锌溴液流电池通过正负极间活性物质的氧化还原反应实现电能与化学能之间的相互转换，在其工作过程中正负极均需要循环泵使电解液循环流动。循环泵、储液罐及管路的使用，增加了锌溴电池系统成本、降低系统整体能量转换效率和能量密度，也使得系统结构更加复杂，不利于其小型化。
[0003]锌溴蓄电池无需循环泵与管路，电池系统结构更加简单，相同面容量下电池可以获得更高的能量密度，系统成本也更加便宜，与锌溴液流电池相比成本上更有优势。但锌溴蓄电池由于溴的扩散造成电池自放电严重，电池库伦效率偏低；电池搁置性能较差；此外，传统的溴的络合剂与溴络合后与电解液分相，形成油状络合物，对锌溴蓄电池而言，这种油状络合物在电池内部并不能均匀分布，这也会造成负极负极局部锌累积，影响电池循环性能。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种锌溴蓄电池络合剂并对电极材料进行处理，本专利技术使用的溴化物作为锌溴蓄电池溴的络合剂，在与溴络合时生成的多溴化物为固态，可以有效降低溴的扩散，降低电池自放电，提升电池库伦效率及搁置性能，同时通过对电池电极材料处理(热处理、酸处理、碱处理等)，使电极表面含有羧基、羟基等含氧官能团，电极带有电负性，有利于促进TEA+阳离子在电极表面的吸附，提升络合态的固态多溴化物在电极上沉积的均匀性，提升电池整体循环性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的具体技术方案如下：
[0006]一种络合剂在锌溴蓄电池电解液中的应用，所述络合剂为TEABr(四乙基溴化铵)，作为溴的络合剂应用于锌溴蓄电池电解液中，与溴络合的生成物为固体。
[0007][0008]所述锌溴蓄电池电解液为溴化锌和TEABr的混合水溶液，其中含有终浓度为0.5-2M溴化锌(优选1-2M，更优选2M)，0.1-0.5M TEABr(优选0.2-0.4M，更优选0.4M)。
[0009]锌溴蓄电池的电极经过热处理、酸处理、碱处理中任一一种方式进行处理。
[0010]电极处理方式中热处理为400-800℃空气气氛加热5-10h；酸处理为3-5M硫酸、盐酸或氢氟酸中浸泡5-10h；碱处理为8-10M氢氧化钾或氢氧化钠浸泡5-10h。
[0011]本专利技术的有益效果：
[0012]通过采用与溴络合时生成固态多溴化物的络合剂，可以有效降低溴的扩散，降低电池自放电，提升电池库伦效率及搁置性能，同时通过对电池电极材料处理(热处理、酸处理、碱处理等)，使电极表面含有羧基、羟基等含氧官能团，电极带有电负性，有利于促进TEA
+
阳离子在电极表面的吸附，提升络合态的固态多溴化物在电极上沉积的均匀性，提升电池整体循环性能。
[0013]提高活性物质的溶解度，进而提高能量密度。
具体实施方式
[0014]实施例1
[0015]单电池包括依次层叠的正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。电池电解液分别为0.5MZnBr2+0.4MTEABr水溶液，充放电电流密度5mA/cm2，充电时间2h,电池组装前将碳毡浸泡于电解液中10min。
[0016]对比例1改变络合物为溴化N-乙基，甲基吡咯烷(MEP)，其它条件同实施例1
[0017]对比例2改变络合物为三甲基溴化铵，其它条件同实施例1
[0018]对比例3改变络合物为二乙基二甲基溴化铵，其它条件同实施例1
[0019]对比例4改变络合物为四丙基溴化铵(TPABr)，其它条件同实施例1
[0020]采用TEABr为络合剂电池放电时间增加，电池库伦效率(CE)为95％，而采用对比例1MEP为络合剂电池CE仅86％，采用对比例2三甲基溴化铵为络合剂电池CE为85％，采用对比例3二乙基二甲基溴化铵为络合剂电池CE为70％，采用对比例4TPABr为络合剂电池CE为90％，采用TEABr为络合剂电池CE最高。
[0021]实施例2
[0022]单电池包括依次层叠的正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。电池电解液分别为0.5MZnBr2+0.4MTEABr、0.5MZnBr2+0.4MMEP、0.5MZnBr2+0.4M三甲基溴化铵、0.5MZnBr2+0.4M二乙基二甲基溴化铵水溶液、0.5MZnBr2+0.4MTPABr，充放电电流密度5mA/cm2，充电时间2h。电池组装前将碳毡浸泡于电解液中10min。电池充电2h后，搁置48h放电。
[0023]采用MEP为络合剂电池搁置48h后CE仅30％，采用三甲基溴化铵为络合剂电池搁置48h后CE仅35％，采用二乙基二甲基溴化铵为络合剂电池搁置48h后CE仅28％，采用TPABr为络合剂电池搁置48h后CE80％，而采用TEABr为络合剂电池搁置48h后CE为90％。
[0024]实施例3
[0025]单电池包括依次层叠的正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。电池电解液分别为0.5MZnBr2+0.4MTEABr水溶液，充放电电流密度5mA/cm2，充电时间2h。电池组装前将碳毡浸泡于电解液中10min。其中碳毡分别为未经任何处理，热处理(400℃，空气气氛8h),酸处理(5M硫酸，浸泡10h),碱处理(10M氢氧化钾，浸泡10h)。
[0026]采用未处理碳毡组装电池，电池运行30循环后性能有所下降，拆开电池发现电池正极碳毡局部有溴的络合物累积，而经三种处理方法处理碳毡均未见明显溴的络合物累积，三种处理方法修饰碳毡组装电池均可稳定运行1000循环以上。
[0027]实施例4
[0028]单电池包括依次层叠的正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。电池电解液分别为0.5MZnBr2+0.1MTEABr、0.5MZnBr2+0.2MTEABr、0.5MZnBr2+0.3MTEABr、0.5MZnBr2+0.4MTEABr、0.5MZnBr2+0.5MTEABr，充放电电流密度5mA/cm2。电池组装前将碳毡浸泡于电解液中10min。电池性能如下：
[0029]TEABr浓度/MCE/％VE/％EE/％0.18493780.28692790.38991810.49390840.5938579
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种络合剂在锌溴蓄电池电解液中的应用，其特征在于：所述络合剂为四乙基溴化铵(TEABr)，其作为溴的络合剂应用于锌溴蓄电池电解液中。2.根据权利要求1所述应用，其特征在于：TEABr与溴络合的生成物为固体，可于锌溴蓄电池电解液中生成沉淀。3.根据权利要求1所述应用，其特征在于：TEABr于电解液中的浓度为0.1-0.5M，优选0.2-0.4M，更优选0.4M。4.根据权利要求1所述应用，其特征在于：所述锌溴蓄电池电解液包括溴化锌和TEABr的混合水溶液，其中含有终浓度为0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：许鹏程，李先锋，张华民，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：