一种电解液及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种电解液及其应用，该电解液包括基础电解液成分及第一添加离子；第一添加离子包括镍、铜、锰或钒离子中的至少一种；第一添加离子的总摩尔浓度小于等于0.15mmol/L；还包括第二添加离子，如金、铋或铅中的至少一种。本发明专利技术发现添加特定添加量的第一添加离子可以有效减少负极电解液铬离子还原过程中析氢副反应的发生，进一步添加第二添加离子可以提高氧化还原动力学，改善反应活性。本发明专利技术不需要对电解液中通常认为的杂质金属离子尤其是镍离子及铜离子进行纯化和去除，也无需额外添加其他不溶性添加剂，仅需控制第一及第二添加离子为特定浓度即可；因此，所述电解液制备简单，成本低廉，适宜大规模应用生产。适宜大规模应用生产。适宜大规模应用生产。

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及其应用


[0001]本专利技术属于电池储能
，涉及一种电解液及其应用。

技术介绍

[0002]由于化石燃料资源有限，环境污染日益严重，包括风能和太阳能在内的可再生能源在过去几年得到了广泛的发展。然而，这种可再生能源的间歇性和不稳定输出特性使其难以满足电能质量和电网安全运行的要求，因此，迫切需要开发大规模的储能系统，以实现可靠的电力供应和电网稳定。铁铬氧化还原液流电池作为最早被提出并可应用的液流电池，具有系统能源和功率相互独立、材料成本低、易于扩展、安全性高、响应速度快、循环寿命长、能量效率高等显著优点，是一种很有前途的大规模储能技术。
[0003]电解液作为液流电池中活性物质的载体，对于电池的性能有着至关重要的作用。在酸性环境中，与正极电解液中的活性物质铁离子不同的是，负极电解液中的活性物质铬具有较差的氧化还原动力学，从而导致析氢副反应的发生，而这种副反应不仅会降低电池的库伦效率，还会由于正负电解液中电荷不平衡使得电池容量快速衰减；此外，铁铬电池的另一个问题是铬离子的老化，即铬在水溶液中会与水分子络合形成难以带电的非活性分子，从而导致容量损失。因此，提高铁铬电池电解液中铬离子的反应活性，减少析氢副反应的发生对于提高铁铬电池的性能来说是关键问题。
[0004]CN114551956A公开了一种铁铬液流电池的电解液，其中添加了丙二胺四乙酸、碳量子点、Mxene量子点中的一种或几种来抑制阴极析氢副反应的发生，提高电池性能。
[0005]除了额外添加其他的非离子型添加剂的方案，CN113564680A公开了一种铁铬电解液的纯化方法，通过使用汞及多孔导电材料将电解液中的杂质金属离子，包括Ag离子、Pt离子、Cu离子、Ni离子、Au离子、Bi离子、Sn离子和Pd离子进行去除，并使杂质金属离子的总浓度在100ppb以下，来避免杂质金属离子在电解液中引起的副反应。
[0006]以上方案均需要在电解液中引入额外的材料或利用其对电解液进行除杂，成本较高，因此，尚需要开发一种新的电解液，以便于在铁铬液流电池中应用时能有效减少析氢副反应并提升反应活性。

技术实现思路

[0007]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种电解液及其应用，包括基础电解液成分及第一添加离子；所述第一添加离子包括镍离子、铜离子、锰离子或钒离子中的任意一种或至少两种的组合；所述第一添加离子的总摩尔浓度小于等于0.15mmol/L。本专利技术发现在基础电解液中添加特定添加量的第一添加离子可以有效减少负极电解液铬离子还原过程中析氢副反应的发生，不需要对电解液中通常认为的杂质金属离子尤其是镍离子及铜离子进行纯化和去除，也无需额外添加其他不溶性添加剂，仅需控制第一添加离子为特定浓度即可；因此，所述电解液制备简单，成本低廉，适宜大规模应用生产。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种电解液，所述电解液包括基础电解液成分及第一添加离子；所述第一添加离子包括镍离子、铜离子、锰离子或钒离子中的任意一种或至少两种的组合；所述第一添加离子的总摩尔浓度小于等于0.15mmol/L。
[0010]在铁铬电池领域中，目前普遍认为电解液中的杂质金属离子，尤其是镍离子及铜离子会加剧析氢副反应的发生，然而本专利技术发现在镍离子和/或铜离子等第一添加离子为特定的浓度时，它们在电解液中的效果发生变化，当第一添加离子的总摩尔浓度小于等于0.15mmol/L时，反而能有效减少负极电解液Cr
3+
还原过程中析氢副反应的发生，从而提高电池效率，延缓电池容量衰减。
[0011]本专利技术所述第一添加离子包括镍离子、铜离子、锰离子或钒离子中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例包括镍离子与铜离子的组合、镍离子与锰离子的组合、镍离子与钒离子的组合、铜离子与锰离子的组合、铜离子与钒离子的组合或锰离子与钒离子的组合。
[0012]本专利技术所述第一添加离子的总摩尔浓度小于等于0.15mmol/L，例如0.01mmol/L、0.02mmol/L、0.03mmol/L、0.04mmol/L、0.05mmol/L、0.06mmol/L、0.07mmol/L、0.08mmol/L、0.09mmol/L、0.1mmol/L、0.11mmol/L、0.12mmol/L、0.13mmol/L、0.14mmol/L或0.15mmol/L等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0013]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，所述第一添加离子的原料包括可溶于盐酸的镍化合物、铜化合物、锰化合物或钒化合物中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例包括镍化合物与铜化合物的组合、镍化合物与锰化合物的组合、镍化合物与钒化合物的组合、铜化合物与锰化合物的组合或锰化合物与钒化合物的组合。
[0015]示例性地，所述第一添加离子的原料包括氯化镍、氯化铜、四水氯化锰、一水氯化锰、五氧化二钒或三氯氧钒等。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，所述第一添加离子中的镍离子为Ni
2+
，铜离子为Cu
2+
，锰离子为Mn
2+
和/或Mn
4+
，钒离子为V
4+
和/或V
5+
。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，所述电解液还包括第二添加离子；所述第二添加离子包括金离子、铋离子或铅离子中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例包括金离子与铋离子的组合、金离子与铅离子的组合或铋离子与铅离子的组合。
[0018]本专利技术发现在基础电解液中添加特定添加量的第二添加离子，可以有效提高Cr
3+
/Cr
2+
氧化还原动力学，提高反应活性；且在特定添加量的第一添加离子的存在下，第一及第二添加离子共同存在能共同提升电池的性能。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，所述第二添加离子中的金离子为Au
+
，铋离子为Bi
3+
，铅离子Pb
2+
和/或Pb
4+
。
[0020]作为本专利技术优选的技术方案，所述第二添加离子的总摩尔浓度为0.2～2mmol/L，例如0.2mmol/L、0.25mmol/L、0.3mmol/L、0.35mmol/L、0.4mmol/L、0.45mmol/L、0.5mmol/L、0.55mmol/L、0.6mmol/L、0.65mmol/L、0.7mmol/L、0.75mmol/L、0.8mmol/L、0.85mmol/L、0.9mmol/L、0.95mmol/L、1mmol/L、1.05mmol/L、1.1mmol/L、1.15mmol/L、1.2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括基础电解液成分及第一添加离子；所述第一添加离子包括镍离子、铜离子、锰离子或钒离子中的任意一种或至少两种的组合；所述第一添加离子的总摩尔浓度小于等于0.15mmol/L。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第一添加离子的原料包括可溶于盐酸的镍化合物、铜化合物、锰化合物或钒化合物中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2任意一项所述的电解液，其特征在于，所述第一添加离子中的镍离子为Ni
2+
，铜离子为Cu
2+
，锰离子为Mn
2+
和/或Mn
4+
，钒离子为V
4+
和/或V
5+
。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括第二添加离子；所述第二添加离子包括金离子、铋离子或铅离子中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述第二添加离子中的金离子为Au
+
，铋离子为Bi
3+
，铅离...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红玲，赵强，胡超，渠拥军，刘宜霖，陈涛，郭栗含，周山，肖澳，周靖琪，徐红彬，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：