一种氯化锰电解液及其在锰基液流电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种氯化锰电解液及其在锰基液流电池中的应用。所述氯化锰电解液包括活性物质氯化锰和氨基酸类添加剂；所述氨基酸类添加剂选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、精氨酸、赖氨酸、脯氨酸中的一种或两种以上。本发明专利技术氯化锰电解液中引入的氨基酸类添加剂，能够与电解液中的氯离子和锰离子进行配位，改变氯离子和锰离子的溶剂化结构和充放电过程中的电化学反应，从而避免氯气析出产生毒性和Mn

【技术实现步骤摘要】
一种氯化锰电解液及其在锰基液流电池中的应用


[0001]本专利技术属于液流电池
，特别涉及一种氯化锰电解液及其在锰基液流电池中的应用。

技术介绍

[0002]风能和太阳能的间歇性和波动性特性影响着电力系统的稳定性。为了实现可再生能源的大规模利用，需要借助储能技术。液流电池由于安全性高，寿命长等优点而受到广泛关注。正处于商业化示范阶段的全钒液流电池储能技术是最为成熟的储能技术之一，然而昂贵的钒电解液的低电极电位限制了其商业化的进一步发展。
[0003]锰基液流电池由于低成本、良好的电化学活性以及很高的能量密度成为大规模储能中一种很有前景的电池技术，但仍然面临着Mn
3+
离子歧化生成二氧化锰造成电池堵塞、容量衰减等难题。之前谢聪鑫等人报道过“一种中性锌锰二次电池及电解液”(CN112490515B)，电池的正极反应基于Mn
2+
和MnO2的固液相转化避免了Mn
3+
离子歧化，但是其采用的活性物质醋酸锰的溶解度较低，限制了电池的能量密度。在各种锰盐中，氯化锰具有超高的溶解度，在水溶液中的溶解度可超过6.42mol/L，但氯化锰电解液在充电过程中存在三价锰离子歧化的问题，同时易发生严重的析氯反应，降低电池的容量和安全性，限制了高溶解度的氯化锰的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种锰基液流电池用氯化锰电解液，通过对电解液配方的优化，有效避免了三价锰离子的歧化反应与析氯反应，提高电池性能。
[0005]本专利技术通过添加剂与电解液中锰离子的相互作用，改变了电池的反应过程，实现Mn
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和MnO2的固液相转化避免了Mn
3+
离子歧化，同时通过添加剂与电解液中氯离子的相互作用，提高析氯电位，从而避免析氯反应的发生。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术一方面提供一种氯化锰电解液，所述氯化锰电解液包括活性物质和氨基酸类添加剂；所述氨基酸类添加剂选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、精氨酸、赖氨酸、脯氨酸中的一种或两种以上；所述活性物质为氯化锰。
[0008]上述技术方案中，进一步地，所述活性物质的浓度为0.01
‑
6.42mol/L，优选为0.5mol/L；所述添加剂的浓度为0.01
‑
5mol/L，优选为0.5mol/L。
[0009]上述技术方案中，进一步地，所述电解液中还包含支持电解质，支持电解质的浓度为0.01
‑
3mol/L，优选为1mol/L；所述支持电解质为KCl、K2SO4、NaCl、Na2SO4中的一种或两种以上，优选为KCl。
[0010]本专利技术另一方面提供一种上述氯化锰电解液的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
[0011](1)将氨基酸类添加剂溶解在水溶液中，在5
‑
85℃、转速200
‑
1500r/min下搅拌2
‑
300min，直至完全溶解；
[0012](2)将氯化锰加入到步骤(1)制备的溶液中，在5
‑
85℃、转速200
‑
1500r/min下搅拌2
‑
300min，直至完全溶解。
[0013]上述技术方案中，进一步地，所述方法还包括：将支持电解质加入到步骤(2)制备的溶液中，在5
‑
85℃、转速200
‑
1500r/min下搅拌2
‑
300min，直至完全溶解然后将溶液冷却到室温。
[0014]本专利技术再一方面提供一种上述氯化锰电解液在锰基液流电池中的应用。
[0015]上述技术方案中，进一步地，所述锰基液流电池由一节单电池或二节以上单电池串和/或并联而成的电堆组成，所述单电池包括正极端板、正极集流体、正极、隔膜、负极、负极集流体、负极端板、装有正极电解液的正极电解液储罐、装有负极电解液的负极电解液储罐和泵。所述锰基液流电池包括锌锰液流电池、铜锰液流电池和钛锰液流电池，但也并不局限于这几种液流电池。
[0016]上述技术方案中，进一步地，所述正极电解液为所述的氯化锰电解液；
[0017]所述负极电解液为溶解有负极活性物质的水溶液，负极活性物质的浓度0.01
‑
6mol/L，优选为0.5mol/L。
[0018]负极电解液制备方法具体包括如下步骤：
[0019](1)将锌盐、铜盐或钛盐溶解在水溶液中，在5
‑
85℃、转速200
‑
1500r/min下搅拌2
‑
300min，直至完全溶解；
[0020](2)将负极支持电解质HCl、H2SO4中的一种或两种加入到步骤(1)制备的溶液中，在5
‑
85℃、转速200
‑
1500r/min下搅拌2
‑
300min，直至完全溶解；负极支持电解质的浓度为0.01
‑
3mol/L。
[0021]上述技术方案中，进一步地，正、负极电解液组成也可以相同，所述氯化锰电解液溶解有负极活性物质后作为正、负极电解液，负极活性物质的浓度为0.01
‑
6mol/L，优选为0.5mol/L。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]1.本专利技术提供了一种锰基液流电池用氯化锰电解液，实现了高浓度氯化锰电解液在锰基液流电池中的应用，最大程度地发挥了氯化锰的高溶解度特性，显著提升锰基液流电池的能量密度和循环寿命
[0024]2.通过引入氨基酸类添加剂，利用氨基酸与锰离子的配位作用，正极的电极反应为可溶Mn
2+
与MnO2固体之间的溶解沉积反应，该反应为可逆的双电子反应，电池的比容量大大提升，从根本上避免了Mn
3+
离子歧化副反应。
[0025]3.本专利技术所提供的电池电解液，利用引入的氨基酸类添加剂与氯离子之间的配位作用，改变了氯离子的溶剂化结构，提高析氯反应的电极电位，从而使析氯反应难以发生，提高了电池的性能和安全性，提供了一种抑制析氯反应的技术方案。
[0026]4.本专利技术提供的电解液制备方法简单易行，所使用的化学物质无毒无污染、清洁环保且成本低廉，容易实现大批量生产。
附图说明
[0027]下面结合附图，通过对本专利技术的具体实施方式详细描述，将使本专利技术的技术方案
及其它有益效果显而易见。
[0028]图1为对比例1和实施例1所得锌锰液流电池充电后的现象，a为对比例1的充电后电解液，b为对比例1的瓶口处淀粉碘化钾试纸，c为对比例1的充电后电解液加入Mn
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指示剂(焦磷酸钠)的现象，d为实施例1的充电后电解液，e为实施例1的瓶口处淀粉碘化钾试纸，f为实施例1的充电后电解液加入Mn
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指示剂(焦磷酸钠)的现象本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯化锰电解液，其特征在于：所述氯化锰电解液包括活性物质和氨基酸类添加剂；所述氨基酸类添加剂选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、精氨酸、赖氨酸、脯氨酸中的一种或两种以上；所述活性物质为氯化锰。2.根据权利要求1所述的氯化锰电解液，其特征在于：所述活性物质的浓度为0.01
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6.42mol/L；所述添加剂的浓度为0.01
‑
5mol/L。3.根据权利要求1所述的氯化锰电解液，其特征在于：所述电解液中还包含支持电解质，支持电解质的浓度为0.01
‑
3mol/L；所述支持电解质为KCl、K2SO4、NaCl、Na2SO4中的一种或两种以上。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述氯化锰电解液的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)将氨基酸类添加剂溶解在水溶液中，在5
‑
85℃、转速200
‑
1500r/min下搅拌2
‑
300min，直至完全溶解；(2)将氯化锰加入到步骤(1)制备的溶液中，在5
‑
85℃、转速200
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1500r/min下搅拌2

【专利技术属性】
技术研发人员：马相坤，乔琳，刘玉琴，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：