一种高能量密度低成本碘基液流电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高能量密度低成本碘基液流电池及其制备方法，碘基液流电池包括：正负极电解液、正负极电极、隔膜、电解液罐、循环泵，正极电解液活性物质为碘化物，添加剂为硫氰化物、乙醇、吸附剂、三维多孔材料以及筛分过滤材料，硫氰化物与碘化物的阳离子相同；筛分材料包裹在三维多孔材料表面；负极电解液的活性物质为硫化物、锌盐、锂盐、镁盐、铝盐及蒽醌

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度低成本碘基液流电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于液流电池储能
，涉及一种高能量密度低成本碘基液流电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统化石能源自身的不可再生的固有特点和其对环境的严重污染使得人们开始大力开发新能源，如风能、太阳能、潮汐能等。然而新能源需要稳定的储能装置，以解决其不连续、不稳定的问题。氧化还原液流电池由于具有安全性高、寿命长、功率和能量解耦，响应速度快、储能规模大等特点成为大规模储能技术最具前景的理想候选者之一。
[0003]但在各种传统的液流电池体系中，大部分液流电池体系有着能量密度低、成本高、腐蚀性强、挥发性强等缺点，这些问题极大程度地阻碍了氧化还原液流电池的大规模发展及其商业化进程，因此，开发一种新型的高能量密度低成本的液流电池体系十分必要。
[0004]碘基液流电池由于作为活性物质碘化物的高溶解度、低成本而具有广泛的开发前景，但充电过程中，碘离子无法达到容量的最大释放、活性物质通过隔膜渗透到负极，造成碘离子容量损失，碘单质的形成造成电解液循环流道的堵塞，限制碘基液流电池的发展；所以开发一种添加剂，促进碘离子容量的完全释放、疏通电解液循环流道、避免活性物质渗透，达到其能量密度的最大使用、提高碘基液流电池性能具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种高能量密度低成本碘基液流电池，在碘基液流电池的正极电解液中加入添加剂，将活性物质固定在正极电解液中，通过硫氰化物与碘单质络合，解锁更多碘离子(Ir/>‑
)容量，解决了现有碘基液流电池容量利用率不足的问题。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种高能量密度低成本碘基液流电池的制备方法。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是，一种高能量密度低成本碘基液流电池，包括正负极电解液、正负极电极、隔膜、电解液罐、循环泵，所述正极电解液活性物质为碘化物，添加剂为硫氰化物、乙醇、吸附剂、三维多孔材料以及筛分过滤材料，硫氰化物与碘化物的阳离子相同，I
‑
与SCN
‑
摩尔比为1.0～6.0：3.0；乙醇浓度为0.1～50％，吸附剂浓度为0.1～10％，筛分材料包裹在三维多孔材料表面；
[0008]所述负极电解液的活性物质为硫化物、锌盐、锂盐、镁盐、铝盐及蒽醌
‑
2，7
‑
二磺酸二钠盐或12
‑
磷钨酸中的任意一种，摩尔浓度为1～8.0M；
[0009]所述隔膜为经过离子化处理的离子交换膜；
[0010]所述正负极电极为石墨毡或碳毡。
[0011]一种高能量密度低成本碘基液流电池的制备方法，具体按照以下步骤进行：
[0012]S1，用去离子水在烧杯中配制强碱溶液，摩尔浓度为0.1～10M；
[0013]S2，隔膜的制备：将离子交换膜浸泡在去离子水中，进行清洗；
[0014]S3，将清洗后的离子交换膜浸泡在步骤S1配置的碱溶液中，进行离子化处理；离子
化温度为50～100℃，时间为1～3h；
[0015]S4，将隔膜用去离子水反复清洗，直至溶液pH＝6～7，再浸泡在去离子水中作为离子交换膜备用；
[0016]S5，正极电解液制备：用去离子水配置碘化物溶液，加入添加剂硫氰化物，I
‑
摩尔浓度为1.0M～6.0M，SCN
‑
摩尔浓度为3.0M；碘化物为KI、NaI、LiI或ZnI2，硫氰化物为NaSCN、KSCN、LiSCN或Zn(SCN)2；吸附剂为淀粉、环糊精、海藻酸盐、壳聚糖、金属
‑
有机框架材料、共价
‑
有机框架材料或沸石咪唑酯骨架结构材料；三维多孔材料为碳毡、石墨毡、镍网、活性炭、沸石或火山石；筛分过滤材料为PP纤维、聚酯纤维、脱脂棉纤维或晴纶纤维；
[0017]S6，负极电解液制备：用去离子水配制负极活性物质，正负极两侧离子浓度相同；
[0018]S7，以石墨毡或碳毡作为电池的正负电极；
[0019]S8，将步骤S4、S5、S6、S7所制备的隔膜、正极电解液、负极电解液、正负电极组装成碘基液流电池。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1.本专利技术在碘基液流电池的正极电解液中加入添加剂，以达到活性物质固定在正极电解液中的目的，降低活性物质的通过隔膜渗透到负极电解液中；通过硫氰酸根与碘单质的络合作用，解锁碘离子容量，提高碘基液流电池能量密度，解决了碘离子可用容量低的问题，使得电池能量密度提高了三分之一，可以有效释放碘离子全部容量，使碘基氧化还原液流电池的实际容量和能量密度显著提高，提升了碘利用率，降低了碘基液流电池电解液成本，同时提高了电池循环稳定性，保证了高碘离子利用率的碘基液流电池的高效、稳定运行。
[0022]2.本专利技术中硫氰根和乙醇促进了碘单质的溶解，并将筛分过滤材料包裹在三维多孔材料表面，放置在正极电解罐中，不仅能够吸附活性物质，起到降低正极活性物质渗透的作用，并且能够阻挡大块不溶物冲入电池中，解决正极电解液流道堵塞的问题，减小了碘单质对电池材料的腐蚀，提高了电池材料的循环利用性，降低了材料成本。
[0023]3.本专利技术高碘离子利用率正极体系可与多种负极活性物质搭配组成不同体系液流电池，包括使用硫化物、锌化物等成本低廉，溶解度较高的材料作为负极活性物质，进一步降低了电解液成本。SPEEK、SPES、PBI等低成本、高性能隔膜能够替代Nafion膜组装碘基液流电池，较大程度地降低了材料成本。
[0024]4.本专利技术所用具有原料易得、成本低廉、制备过程流程简单、操作简单易行、使用设备价格低廉等工业实用化特点，适合大规模产业化发展。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为实施例1与未加添加剂的硫碘液流电池的容量电压比较图。
[0027]图2为实施例2与未加添加剂的硫碘液流电池的容量电压比较图。
[0028]图3为实施例3与未加添加剂的硫碘液流电池的容量电压比较图。
[0029]图4为实施例1的硫碘液流电池在20mA cm
‑2电流密度时的效率及容量保持率图。
[0030]图5为实施例2的硫碘液流电池在20mA cm
‑2电流密度时的效率及容量保持率图。
[0031]图6为实施例3的硫碘液流电池在20mA cm
‑2电流密度时的效率及容量保持率图。
[0032]图7为实施例1的硫碘液流电池在10mA cm
‑2～50mA cm
‑2电流密度时的效率图。
[0033]图8为实施例4与未加添加剂的锌碘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度低成本碘基液流电池，包括正负极电解液、正负极电极、隔膜、电解液罐、循环泵，其特征在于，所述正极电解液活性物质为碘化物，添加剂为硫氰化物、乙醇、吸附剂、三维多孔材料以及筛分过滤材料，硫氰化物与碘化物的阳离子相同，I
−
与SCN
−
摩尔比为1.0 ~6.0 ：3.0；乙醇浓度为0.1~50%，吸附剂浓度为0.1~10%，筛分材料包裹在三维多孔材料表面；所述负极电解液的活性物质为硫化物、锌盐、锂盐、镁盐、铝盐及蒽醌
‑
2，7
‑
二磺酸二钠盐或12
‑
磷钨酸中的任意一种，摩尔浓度为1~8.0M；所述隔膜为经过离子化处理的离子交换膜；所述正负极电极为石墨毡或碳毡。2.根据权利要求1所述一种高能量密度低成本碘基液流电池，其特征在于，所述碘化物为KI、NaI、LiI或ZnI2中的任意一种，所述硫氰化物为NaSCN、KSCN、LiSCN或Zn(SCN)2中的任意一种，正极电解液中I
−
摩尔浓度为1.0 M~6.0 M，SCN
−
摩尔浓度为3.0 M。3.根据权利要求1所述一种高能量密度低成本碘基液流电池，其特征在于，所述吸附剂为淀粉、环糊精、海藻酸盐、壳聚糖、金属
‑
有机框架材料或共价
‑
有机框架材料中的任意一种。4.根据权利要求1所述一种高能量密度低成本碘基液流电池，其特征在于，所述三维多孔材料为碳毡、石墨毡、镍网、活性炭、沸石或火山石中的任意一种。5.根据权利要求1所述一种高能量密度低成本碘基液流电池，其特征在于，所述筛分过滤材料为布料状的PP纤维、聚酯纤维、脱脂棉纤维、脱脂纤维或晴纶纤维中的任意一种，筛分材料包裹在三维多孔材料表面。6.根据权利要求1所述一种高能量密度低成本碘基液流电池，其特征在于，所述硫化物为K2S、Na2S或Li2S中的任意一种，锌盐为ZnI2、ZnBr2或ZnCl2；锂盐为LiI、LiBr或LiCl；镁盐为MgI2、MgBr2或MgCl2；钠盐为NaI、NaBr或NaCl；铝盐为Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾传坤，卢博，丁美，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：