一种锌溴液流电池胶体电解液及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种锌溴液流电池胶体电解液，包括锌盐水溶液，还包括含有接枝离子液体的无机纳米颗粒；所述含有接枝离子液体的无机纳米颗粒的结构通式如下式(Ⅰ)～(Ⅲ)所示，式中，I1、I2、I3独立地选自无机纳米颗粒；A1‑

【技术实现步骤摘要】
一种锌溴液流电池胶体电解液及其应用


[0001]本专利技术涉及电池的
，尤其涉及一种锌溴液流电池胶体电解液及其应用。

技术介绍

[0002]锌溴液流电池具有高理论能量密度(440Wh/kg)、循环寿命长、安全性高、工作温度窗口宽等优点，与全钒液流电池相比，不需要复杂的热控制系统且成本低，因此在大规模储能电池领域深受关注。然而，溴在电解液中溶解度高，与锌负极直接反应，引发穿梭效应，导致自放电严重且大幅降低库伦效率(CE)、电压效率(VE)、能量效率(EE)。此外，充电过程中锌不稳定沉积生成锌枝晶堆积，诱发内部短路，损害循环寿命。
[0003]为抑制穿梭效应，常采用阳离子交换膜作为电池隔膜并在电解液中加入溴络合剂(通常为含卤素季铵盐，例如溴化N
‑
乙基，甲基吡咯烷(MEP))，从而阻止正极室溴扩散至负极室。然而，阳离子交换膜欧姆电阻高，含有溴络合剂电解液在电池循环过程中会有固相生成，导致反应动力学缓慢及放电电压极化大。此外，阳离子交换膜成本昂贵，溴络合剂易溶于电解液中，难以分离，无法进行简单回收和重复利用，且对环境污染大，增大电解液成本。
[0004]因此，研究开发新型可重复利用电解液体系，提高抑制溴穿梭，从而提高库伦效率、电压效率与能量效率是提升电池能量效率、循环寿命和降低成本的关键。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种锌溴液流电池胶体电解液，可显著提高锌溴液流电池的库伦效率、电压效率与能量效率，且具有可重复利用的优势；该胶体电解液可与微孔聚合物隔膜配合使用，显著降低生产成本。
[0006]具体技术方案如下：
[0007]一种锌溴液流电池胶体电解液，包括锌盐水溶液，还包括含有接枝离子液体的无机纳米颗粒；
[0008]所述含有接枝离子液体的无机纳米颗粒的结构通式如下式(Ⅰ)～(Ⅲ)所示：
[0009][0010]式中，I1、I2、I3独立地选自无机纳米颗粒；A1‑
、A2‑
、A3‑
独立地选自双(三氟甲磺酰)亚胺离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子、氯离子中的一种或多种。
[0011]本专利技术中公开了一种锌溴液流电池专用的胶体电解液，利用所述含有接枝离子液体的无机纳米颗粒中的特殊结构实现将电解液中的溶解溴固定在接枝离子液体的无机纳米颗粒，增大活性粒子体积，抑制穿梭效应，降低自放电，且使用过程中没有固相生成，不会导致反应放电电压极化大，并且在仅使用成本低廉的微孔聚合物隔膜情况下，获得具有优异的CE、VE和EE的锌溴液流电池，降低锌溴液流电池成本。
[0012]上述通式结构中，能实现提高CE、VE和EE的关键在于离子液体中阳离子的种类以及无机纳米颗粒的种类，而对于阴离子(A1‑
、A2‑
、A3‑
)的种类并无特殊要求，只需要其可以与上述阳离子形成离子液体即可，因为将含有接枝离子液体的无机纳米颗粒与水混合后，阴离子会直接电离，不参与任何反应。
[0013]优选的：
[0014]所述无机纳米颗粒选自二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、二氧化锡、三氧化二铝中的一种或多种；
[0015]进一步优选为二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或多种；
[0016]更优选为二氧化硅和/或二氧化锆；最优选为二氧化硅。
[0017]经试验发现，采用不同的无机纳米颗粒制备的含有接枝离子液体的无机纳米颗粒，最终组装得到的锌溴液流电池的CE、VE和EE存在较大的差异。并发现，随着上述无机纳米颗粒种类的不断优选，最终制备的锌溴液流电池的CE、VE和EE随之增加。
[0018]优选的：
[0019]所述锌溴液流电池胶体电解液中含有接枝离子液体的无机纳米颗粒的质量分数为1～50％；经试验发现，所述含有接枝离子液体的无机纳米颗粒在电解液中的质量分数显著影响最终制备的锌溴液流电池的CE、VE和EE。
[0020]进一步优选，所述锌溴液流电池胶体电解液中含有接枝离子液体的无机纳米颗粒的质量分数为10～30％；进一步优选为20～30％；最优选为20％。
[0021]经试验发现，随着上述参数的不断优选，最终制备的锌溴液流电池的CE、VE和EE随之增加。
[0022]优选的，所述含有接枝离子液体的无机纳米颗粒的平均粒径选自5～50nm；进一步优选为10～30nm；更优选为10nm。
[0023]经试验发现，随着上述参数的不断优选，最终制备的锌溴液流电池的CE、VE和EE随之增加。
[0024]优选的，所述含有接枝离子液体的无机纳米颗粒中离子液体接枝密度为0.2～2个/nm2；进一步优选为0.7～1.3个/nm2；更优选为1.3个/nm2。
[0025]经试验发现，随着上述参数的不断优选，最终制备的锌溴液流电池的CE、VE和EE随之增加。
[0026]优选的，所述含有接枝离子液体的无机纳米颗粒的结构通式如上式(Ⅰ)；经试验发现，相对于另外两种结构的含有接枝离子液体的无机纳米颗粒，以具有式(Ⅰ)结构的含有接枝离子液体的无机纳米颗粒最终制备的锌溴液流电池的CE、VE和EE更高。
[0027]本专利技术公开的锌溴液流电池胶体电解液中：
[0028]锌盐水溶液的浓度为0.1～5.0mol/L；优选为1.0～3.0mol/L；
[0029]锌盐选自溴化锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌中的一种或多种；
[0030]所述锌溴液流电池胶体电解液中还包括导电支持剂；
[0031]所述导电支持剂选自氯化钾、氯化钠、溴化钠中的一种或多种；
[0032]所述锌溴液流电池胶体电解液中导电支持剂的浓度为0.5～5.0mol/L；优选为2.0～3.0mol/L。
[0033]本专利技术公开的锌溴液流电池胶体电解液中需要同时含有溴离子和锌离子，当采用的锌盐选自溴化锌时，加入的导电支持剂可以选择氯化钾、氯化钠等不含溴的种类；当采用的锌盐中不含溴离子时，加入的导电支持剂需要选择含有溴离子的溴化钾、溴化钠等种类。
[0034]本专利技术还公开了一种锌溴液流电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，所述电解液选自上述的锌溴液流电池胶体电解液。
[0035]优选的，所述隔膜选自微孔聚合物隔膜。
[0036]本专利技术在采用上述特殊的胶体电解液时，仅采用价格低廉的微孔聚合物作为隔膜时就可以抑制穿梭效应，从而显著降低了生产成本，为大规模工业化生产提供了可能。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0038]本专利技术公开了一种锌溴液流电池胶体电解液，该胶体电解液中包括了一种结构新颖的含有接枝离子液体的无机纳米颗粒，该物质可以固定溶解溴，抑制穿梭效应；并且电压极化小，电压效率高；在仅使用成本低廉的微孔聚合物隔膜情况下，获得具有优异的CE、VE和EE的锌溴液流电池，显著降低锌溴液流电池成本。
[0039]本专利技术公开的锌溴液流电池胶体电解液中的含有接枝离子液体的无机纳米颗粒可以实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌溴液流电池胶体电解液，包括锌盐水溶液，其特征在于，还包括含有接枝离子液体的无机纳米颗粒；所述含有接枝离子液体的无机纳米颗粒的结构通式如下式(Ⅰ)～(Ⅲ)所示：式中，I1、I2、I3独立地选自无机纳米颗粒；A1‑
、A2‑
、A3‑
独立地选自双(三氟甲磺酰)亚胺离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子、氯离子中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的锌溴液流电池胶体电解液，其特征在于：所述无机纳米颗粒选自二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、二氧化锡、三氧化二铝中的一种或多种；所述含有接枝离子液体的无机纳米颗粒的平均粒径选自5～50nm。3.根据权利要求1所述的锌溴液流电池胶体电解液，其特征在于：所述含有接枝离子液体的无机纳米颗粒中离子液体接枝密度为0.2～2个/nm2。4.根据权利要求1所述的锌溴液流电池胶体电解液，其特征在于：所述锌盐水溶液的浓度为0.1～5.0mol/L；锌盐选自溴化锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌中的一种或多种；所述锌溴液流电池胶体电解液中含有接枝离子液体的无机纳米颗粒的质量分数为1～50％。5.根据权利要求1所述的锌溴液流电池胶体电解液，其特征在于：所述锌...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆盈盈，程豪，沈泽宇，叶志镇，黄靖云，汪洋，
申请(专利权)人：温州锌时代能源有限公司，
类型：发明
国别省市：