一种液流电池电解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种液流电池电解液及其制备方法和应用。该液流电池电解液中的活性组分在温度低于40℃时呈液态，在作为活性物质提供能量的同时，又作为溶剂，从而减少了有机溶剂的使用，提高了能量密度和安全性。本发明专利技术还提供了上述电解液的制备方法和应用。供了上述电解液的制备方法和应用。供了上述电解液的制备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种液流电池电解液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种液流电池电解液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在电化学储能电池
，氧化还原液流电池（Redox Flow Batteries，简称RFBs）技术具有使用寿命长、储能规模大、解耦能量和功率方面具有高灵活性等突出的优势，是规模储能的首选技术之一。
[0003]RFBs是一种能够提供电能和化学能之间可逆转换的能量存储设备，通常是利用可溶活性物质不同价态下的化学势能变化以实现循环充放电，其结构如图1所示。设计的灵活性是RFBs的一个强大优势，它的能量(外部罐中电解液的体积)和功率输出(堆栈内部的活动区域)可以有效地解耦，并可以调整以满足用户的需求。这些特性使得流体电池技术对于经济可行的电化学储能技术应用具有极大吸引力。然而，RFBs能量密度较低（小于60Wh
×
L
‑1），与目前商用锂离子电池（300Wh
×
L
‑1）相比，应用领域仍十分有限。
[0004]氧化还原活性材料是RFBs中的关键组分。对于提高液流电池的能量密度，最重要的是提高氧化还原电势以及增大活性材料浓度，RFBs的大规模应用仍然受到氧化还原材料低溶解度的限制。由于非水氧化还原液流电池(NRFBs)宽广的电化学稳定窗口和广泛的溶剂选择，近年来已成为主要的研究方向。此外，有机活性材料因为其价格低廉，可逆性高和可选择性多等优点，现已被广泛应用于液流电池系统当中。然而，一般有机氧化还原物种在有机溶剂中的浓度低于水溶液中的浓度。尽管使用分子修饰等方法，有机活性物质的溶解度仍然很难超过2M。并且有机溶剂价格昂贵，会显著增加其成本。另外，由于有机溶剂具有易燃的特点，还会伴随着一些安全性的问题。
[0005]因此，仍需开发一种能量密度高、安全性高的液流电池电解液。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种液流电池电解液，该液流电池电解液中的活性组分在温度低于40℃时呈液态，在作为活性物质提供能量的同时，又作为溶剂，从而减少了有机溶剂的使用，提高了能量密度和安全性。
[0007]本专利技术还提供了一种制备液流电池电解液的方法。
[0008]本专利技术还提供了一种液流电池电解液的应用。
[0009]本专利技术的第一方面提供了一种液流电池电解液，组分包括活性组分、支撑盐、有机溶剂和惰性盐，所述活性组分在温度低于40℃时呈液态。
[0010]本专利技术关于液流电池电解液的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：本专利技术的液流电池电解液，组分包括活性组分、支撑盐、有机溶剂和惰性盐，其中，活性组分在温度低于40℃时呈液态，由此，活性组分可以在作为活性物质提供能量的同时，
还可以起到提供溶剂功能的作用，从而减少了有机溶剂的使用，显著降低了成本，最大限度增加了活性物质的浓度，提高了能量密度和安全性。
[0011]本专利技术的液流电池电解液，不需要添加水作为额外的溶剂，组分中除了既可以提供能量又可以发挥溶剂功能的活性组分以外，还添加了有机溶剂，从而保证了该电解液在常温下也能维持稳定的液态状态。
[0012]本专利技术的液流电池电解液中，溶解有由支撑盐和惰性盐提供的两种阳离子，在维持了反应过程中离子导电性的同时，提高了电池的效率和寿命。通过添加惰性盐提供的惰性阳离子，液流电池电解液具有良好的循环稳定性、寿命、离子导电性、润湿性和兼容性。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，所述活性组分包括TEMPO、二茂铁衍生物、二苯甲酮、喹喔啉和喹喔啉衍生物中的至少一种。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述支撑盐包括锂盐、钠盐和钾盐中的至少一种。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述钾盐包括高氯酸钾（KClO4）、六氟磷酸钾（KPF6）、双（三氟甲基磺酰）亚胺钾（KTFSI）中的至少一种。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述钠盐包括高氯酸钠（NaClO4）、六氟磷酸钠（NaPF6）、双（三氟甲基磺酰）亚胺钠（NaTFSI）中的至少一种。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述钠盐包括高氯酸锂（LiClO4）、六氟磷酸锂（LiPF6）、双（三氟甲基磺酰）亚胺锂（LiTFSI）中的至少一种。
[0018]本专利技术的一些实施方式，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、四乙二醇二甲醚（TEGDME）、1,3
‑
二氧戊环（DOL），乙二醇二甲醚（DME）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、二甲基亚砜（DMSO）中的至少一种。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述惰性盐包括四正丁基六氟磷酸铵（TBAPF6）、四正丁基双(三氟甲磺酰)亚胺（TBATFSI）、四正丁基高氯酸铵（TBAClO4）、四乙基六氟磷酸铵（TEAPF6）、四乙基双(三氟甲磺酰)亚胺（TEATFSI）、四乙基高氯酸铵（TEAClO4）中的至少一种。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述活性组分与有机溶剂的体积比为2~4：1。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述支撑盐的浓度为0.1mol/L~5mol/L。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述惰性盐的浓度为0.1mol/L~1mol/L。
[0023]本专利技术的第二方面提供了一种制备所述的液流电池电解液的方法，所述方法为：将所述活性组分熔融后，与所述有机溶剂混合，得到混合溶液，向所述混合溶液中加入所述支撑盐和惰性盐，得到所述的液流电池电解液。
[0024]本专利技术关于液流电池电解液的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：本专利技术关于液流电池电解液的制备方法，由于活性组分在温度低于40℃时呈液态，无需高温等苛刻的条件，无需昂贵的设备和复杂的过程控制，制备过程简单，容易大规模工业化生产。
[0025]本专利技术的第三方面提供了所述的液流电池电解液在能量存储设备中的应用。
[0026]本专利技术关于液流电池电解液在能量存储设备应用中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：本专利技术的液流电池电解液，由于减少了有机溶剂的使用，具有较高的能量密度和
良好的安全可靠性，用于能量存储设备如电池中时，可以提高设备的可靠性和使用寿命。
附图说明
[0027]图1是氧化还原液流电池的结构示意图。
[0028]图2是本专利技术液流电池电解液的示意图。
[0029]图3是实施例1的电解液充放电测试结果。
[0030]图4是对比例1的电解液充放电测试结果。
[0031]图5是对比例2的电解液充放电测试结果。
[0032]图6是对比例3的电解液充放电测试结果。
具体实施方式
[0033]以下是本专利技术的具体实施例，并结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液流电池电解液，其特征在于，组分包括活性组分、支撑盐、有机溶剂和惰性盐，所述活性组分在温度低于40℃时呈液态。2.根据权利要求1所述的液流电池电解液，其特征在于，所述活性组分包括TEMPO、二茂铁衍生物、二苯甲酮、喹喔啉和喹喔啉衍生物中的至少一种。3.根据权利要求1所述的液流电池电解液，其特征在于，所述支撑盐包括锂盐、钠盐和钾盐中的至少一种。4.根据权利要求1所述的液流电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、四乙二醇二甲醚、1,3
‑
二氧戊环，乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、二甲基亚砜中的至少一种。5.根据权利要求1所述的液流电池电解液，其特征在于，所述惰性盐包括四正丁基六氟磷酸铵、四正丁基双(三氟甲磺酰)亚胺、四正丁基高氯酸铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏宁，陈茂，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：