一种胺溴双电子液流电池电解液及其应用和液流电池制造技术

本发明专利技术公开了一种胺溴双电子液流电池电解液及其应用和液流电池，属于液流电池领域。所述电解液中采用了氨基邻位为吸电子基团的氨基化合物，以其与充电到正价的溴反应形成胺溴化合物，从而稳定正价的溴，实现了溴离子到氨基化合物的可逆两电子转移反应。胺类化合物根据其取代基的不同，有着不同的溶解度和产生不同的电压，因而具有广泛的可调性和适用性，可用于酸性、中性和弱碱性液流电池体系。利用该反应配制的电解液组装的液流电池，具有低成本、高能量密度的优势，能够获得较长的循环寿命和较高的电池效率。命和较高的电池效率。命和较高的电池效率。

【技术实现步骤摘要】
一种胺溴双电子液流电池电解液及其应用和液流电池


[0001]本申请涉及一种液流电池电解液，具体涉及一种胺溴双电子液流电池电解液及其应用和液流电池，属于液流电池领域。

技术介绍

[0002]可再生能源在现代能源系统中占据越来越重要的地位，但其仍然存在不连续、不稳定的问题，限制了其进一步发展。这一问题可以通过储能技术的调控来得到有效缓解。在众多储能技术中，液流电池具有容量和功率可独立设计、循环寿命长、安全性高等优点，可被用于发电侧电网调节、用户侧光伏调控等场景，是一种极具有潜力的储能技术。但是目前液流电池的能量密度普遍偏低，如全钒液流电池的能量密度仅为30
‑
40Wh L
‑1,因而导致了其电解液和系统成本相对偏高。溴离子的溶解度通常较高，其电化学活性相对较好，是一种具有发展潜力的正极活性物质。溴具有丰富的变价，理论上可以实现多电子的转移反应，但是目前溴仅利用了溴离子与溴单质之间的单电子转移反应，进一步的失电子产物则相当不稳定，这使其能量密度受到了限制。

技术实现思路

[0003]为解决以上技术问题，本专利技术旨在提供一种基于溴的双电子转移电解液的配置方法及其在液流电池中的应用。本专利技术在溴离子与溴单质之间的单电子转移基础上，利用溴单质进一步失去电子后与连接有吸电子基团的胺类化合物上的氨基反应，形成氮溴代氨基化合物，实现两步两电子转移反应。这一反应扩宽了溴的可逆价态反应，从负一价到零价的单电子反应扩展到从负一价到正一价的双电子反应，使得能量密度实现了翻倍。且这种反应根据氨基化合物种类的不同，可以灵活调节溶解度和电压。利用这种两电子反应的电解液组装的液流电池，能够实现高的能量密度、充放电效率和稳定性，且具有较低的成本，可以应用于对能量密度要求较高的分布式储能系统中。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0004]一种液流电池电解液，所述电解液中包含溴离子、氨基邻位为吸电子基团的胺类化合物和支持电解质；当所述氨基邻位为吸电子基团的胺类化合物本身带有导电子基团时，所述电解液中不包含支持电解质。
[0005]进一步地，所述溴离子包括氢溴酸、溴化钠、溴化钾、溴化锌、溴化铵、溴化锌及其他含溴离子盐中的一种或二种以上，优选为氢溴酸、溴化锌。
[0006]进一步地，所述溴离子浓度为0.1
‑
5mol L
‑1，优选为1
‑
2mol L
‑1。
[0007]进一步地，所述胺类化合物包括氨基磺酸、氨基磺酸钠、氨基磺酸钾、氨基磺酸铵、磺酰胺、琥珀酰亚胺、乙酰胺、邻苯二甲酰亚胺、糖精、吡咯烷酮羧酸钠、巴比妥酸、二氰二胺、甲基磺酰胺、三聚氰酸、三氟甲磺酰胺、2
‑
氨基嘧啶中的一种或二种以上，优选为氨基磺酸、氨基磺酸钠、氨基磺酸钾、氨基磺酸铵中的一种或二种以上。
[0008]进一步地，胺类化合物浓度为0.1
‑
5mol L
‑1，优选为1
‑
2mol L
‑
1。
[0009]胺类化合物的浓度取决于其自身的溶解度，如氨基磺酸钠的溶解度可达到8mol L
‑1。
[0010]进一步地，所述支持电解质包括硫酸、醋酸、羟基乙酸、溴乙酸、氯化钾、乙酸钾、氯化钠、乙酸钠、硫酸钠中一种或二种以上，优选为硫酸、氯化钾中一种或二种，分别用于酸性和中性环境中。当氨基化合物自身能够电离出导电离子时，也可不另加入支持电解质，如氨基磺酸钠可直接作为支持电解质。
[0011]进一步地，支持电解质浓度0.1
‑
4mol L
‑1，优选为1
‑
2mol L
‑1。
[0012]所述电解液为包含溴离子、氨基邻位为吸电子基团的胺类化合物和支持电解质的水溶液。
[0013]根据本申请的又一个方面，提供了上述液流电池电解液的应用，将其作为正极电解液应用于液流电池中。
[0014]进一步地，所述液流电池的负极电解液活性物质包括硫酸钛、六氟钛酸、溴化钛、硫酸镉、溴化镉、氯化镉、氯化铅、氯化亚锡、溴化锌、乙酸锌中的一种或二种以上，优选为硫酸钛、硫酸镉、溴化锌中的一种或二种以上。
[0015]根据本申请的又一个方面，提供了一种液流电池，所述液流电池包括正极、负极和用于分隔正负极的隔膜，所述正极侧腔体内填充有正极电解液，所述负极侧腔体内填充有负极电解液；所述正极电解液包括上述电解液中的至少一种；
[0016]负极电解液活性物质为硫酸钛、六氟钛酸、溴化钛、硫酸镉、溴化镉、氯化镉、氯化铅、氯化亚锡、溴化锌、乙酸锌中的一种或二种以上。
[0017]具体地，所述液流电池包括金属端板、集流体、液流框、活性碳毡或石墨毡作电极，以及用于分离正负极的隔膜和用于密封的橡胶垫，正极集流体与隔膜之间的腔体内填充有正极石墨毡或碳毡及正极电解液，负极集流体与隔膜之间的腔体内填充有负极石墨毡或碳毡及负极电解液；电解液通过磁力离心泵或者蠕动泵中的一种循环于腔体和储罐之间，正极电解液可选不循环，密封于腔体内，作为单液流电池。
[0018]具体地，金属端板可选铝合金板、不锈钢板及其他耐酸腐蚀金属板中的任意一种，优选为不锈钢板；集流体可选石墨板、钛板中的任意一种，正极集流体优选为钛板；隔膜可选为全氟磺酸膜、多孔聚烯烃膜、磺化聚醚醚酮膜、聚苯并咪唑膜中的任意一种，优选为全氟磺酸膜。
[0019]所述电解液中采用了氨基邻位为吸电子基团的胺类化合物，以其与充电到正价的溴反应形成胺溴化合物，从而稳定正价的溴，实现了溴离子到胺溴化合物的可逆两电子转移反应。胺类化合物根据其取代基的不同，有着不同的溶解度和产生不同的电压，因而具有广泛的可调性和适用性，可用于酸性、中性和弱碱性液流电池体系。利用该反应配制的电解液组装的液流电池，具有低成本、高能量密度的优势，能够获得较长的循环寿命和较高的电池效率。
[0020]本申请能产生的有益效果包括：
[0021]本申请中提供的电解液具有两电子转移的特点，适用于低成本高能量密度液流电池体系。
[0022]1)本申请所提供的液流电池电解液，利用了邻位含吸电子基团的氨基化合物能电离出氢离子使自身带负电的特性，能稳定溴单质进一步失去电子后的正价溴中间产物，使
原本在溴离子与溴单质之间的单电子转移反应，扩展到了溴离子到胺溴化合物的双电子转移反应。因而电池的理论容量和理论能量密度能够得到成倍提高。以4mol L
‑1溴盐计算，电子浓度可以达到8mol L
‑1，电池容量达到214Ah L
‑1,以锌为负极，放电电压可达1.6V，理论能量密度可达到342Wh L
‑1。
[0023]2)利用本申请所提供的液流电池电解液组装的液流电池，能够实现较低的电池极化和较高的电压效率。相比于溴基液流电池，加入了氨基化合物后电解液的电阻并没有明显的增大，因而能够得到与传统的溴基液流电池相类似的电压效率。
[0024]3)本申请中氨基本文档来自技高网...

【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：所述电解液中包含溴离子、氨基邻位为吸电子基团的胺类化合物和支持电解质；当所述氨基邻位为吸电子基团的胺类化合物本身带有导电子基团时，所述电解液中不包含支持电解质。2.根据权利要求1所述的液流电池电解液，其特征在于：所述溴离子包括氢溴酸、溴化钠、溴化钾、溴化锌、溴化铵、溴化锌及其他含溴离子盐中的一种或二种以上。3.根据权利要求1所述的液流电池电解液，其特征在于：所述胺类化合物包括氨基磺酸、氨基磺酸钠、氨基磺酸钾、氨基磺酸铵、磺酰胺、琥珀酰亚胺、乙酰胺、邻苯二甲酰亚胺、糖精、吡咯烷酮羧酸钠、巴比妥酸、二氰二胺、甲基磺酰胺、三聚氰酸、三氟甲磺酰胺、2
‑
氨基嘧啶中的一种或二种以上。4.根据权利要求1所述的液流电池电解液，其特征在于：所述支持电解质包括硫酸、醋酸、羟基乙酸、溴乙酸、氯化钾、乙酸钾、氯化钠、乙酸钠、硫酸钠中的一种或二种以上。5.根据权利要求1所述的液流电池电解液，其特征在于：所述电解液为包含溴离子、氨基邻位为吸电子基团的胺类化合物和支持电解质的水溶液；其中，溴离子浓度为0.1
‑
5mol L
‑1，优选为1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李先锋，徐越，谢聪鑫，
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：