一种双中心型季铵盐及其在锌溴液流电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种双中心型季铵盐及其在锌溴液流电池中的应用，具体地：所述双中心型季铵盐为

【技术实现步骤摘要】
一种双中心型季铵盐及其在锌溴液流电池中的应用


[0001]本专利技术属于液流电池储能
，具体涉及一种双中心型季铵盐及其在锌溴液流电池中的应用，具体地，所述双中心型季铵盐作为溴络合剂应用到锌溴液流电池中
。

技术介绍

[0002]在“双碳”国家战略背景下，清洁能源
(
如太阳能和风能
)
的开发利用得到高度重视
。
太阳能发电和风能发电已经进入快速发展阶段
。
然而，太阳能发电或风能发电受制于时间
、
自然环境
、
地理区域等因素，具有明显的不稳定
、
不连续
、
不可控的特点，对电网要求较高，难以使产生的电能直接并入电网使用，弃光
、
弃风现象严重
。
在发电侧合理配置大规模储能设备是解决这一现象的有效途径，大规模储能设备能起到“削峰填谷”的作用，能提高太阳能
、
风能的利用效率，降低电能的生产成本
。
此外，大规模储能设备的发展也有助于优化电能的供需，构建智能电网，并可作为发电设备供紧急情况时使用
。
[0003]水系液流电池储能技术具有容量与功率解耦的独特性，同时其具有本征安全性，电解液易于回收
、
循环寿命长等优势，是大规模安全长时储能的重要候选技术之一
。
其中，锌溴液流电池在大规模储能技术中展现出诸多优势和巨大潜力：
(1)
高水溶性的溴化锌
(ZnBr2)
作为正负极电活性材料，锌和溴来源丰富，成本低；
(2)
开路电压高达
1.84V
；
(3)
理论能量密度高达
430Wh kg
‑1等
。
常规技术手段是在锌溴液流电池电解液中会加入1‑
甲基
‑1‑
乙基溴化吡咯烷
(MEP)
作为溴络合剂，使其与充电产生的溴物种络合后分相，来减少电解液中游离溴物种的浓度，提升电池效率和稳定性
(Cycle behaviour of hydrogen bromineredox flow battery cells with bromine complexing agents[J].Journal of Power Sources,2021,495:229820.)。
但是由于液流电池是容量型的电池，而锌溴液流电池在高容量下运行时，溴物种的穿梭和挥发更为严重，现有的
MEP
络合剂分子需要添加较高浓度才能有效，但这也会降低系统的能量效率和循环寿命，甚至会造成电极内部堵塞导致电池无法正常运行
。
因此需要进一步提升络合剂的络合能力，使得电池能够高效运行，提升电池循环寿命
。

技术实现思路

[0004]为了解决现有锌溴液流电池溴络合剂存在的络合能力不足以及严重分相导致的电池内部堵塞的问题，本专利技术提供了一种含双中心型季铵盐的锌溴液流电池电解液
。
本专利技术创新性地将双中心型季铵盐
N1,N5‑
二甲基
‑
N1,N1,N5,N5‑
四
(2
‑
羟乙基
)
‑
1,5
‑
二溴化戊二铵应用在锌溴液流电池中，将
N2MDA
作为锌溴液流电池中的溴络合剂，可以高效抑制充电产物溴物种穿梭和挥发，最终实现了高库伦效率和高体积比容量，并且电池循环稳定性也可以得到有效提升
。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0006]一种含双中心型季铵盐的锌溴液流电池电解液，所述双中心型季铵盐为
N1,N5‑
二甲基
‑
N1,N1,N5,N5‑
四
(2
‑
羟乙基
)
‑
1,5
‑
二溴化戊二铵，英文全称为
N1,N1,N5,N5‑
Tetrakis(2
‑
hydroxyethyl)
‑
N1,N5‑
dimethyl
‑
1,5
‑
pentanediaminium dibromide
，简称为
N2MDA
；其结构式如下：
[0007][0008]其通过一步简单反应合成，增加了络合剂分子的络合位点以及分子尺寸
。N2MDA
的合成方法如下：
[0009]将
N
‑
甲基二乙醇胺与
1,5
‑
二溴戊烷以投料摩尔比2：1～5：1溶解在
50
～
100mL N,N
‑
二甲基甲酰胺中，搭建回流装置，反应温度为
80℃
～
110℃
，回流
24h
～
48h
，反应结束有大量白色固体生成，冷却后加入适量乙腈稀释，加入乙酸乙酯洗涤三次，在
40
～
50℃
真空烘箱中干燥
24h
～
48h
，得到
N2MDA
分子
。
[0010]合成路线如下：
[0011][0012]本专利技术提供一种含双中心型季铵盐的锌溴液流电池电解液，具体的，将双中心型季铵盐
N2MDA
作为溴络合剂添加到正极电解液和负极电解液中
。
所述双中心型季铵盐
N2MDA
在正极电解液和负极电解液中的浓度均为
0.2
‑
1.0mol/L。
[0013]进一步地，所述正极电解液和负极电解液还包括活性物质；优选地，所述活性物质为溴化锌
。
[0014]进一步地，所述电解液中正负极活性物质溴化锌在电解液中的浓度均为
0.5
‑
5mol/L
；优选地，所述电解液中溴化锌的浓度均为
0.5
‑
3mol/L。
[0015]本专利技术提供一种双中心型季铵盐在锌溴液流电池中的应用：将所述双中心型季铵盐
N2MDA
应用于单体电池或者多组单电池组装的电堆，该单体电池或者多组单电池组装的电堆主要包括端板
、
集流体
、
电极框
、
正负电极
、
隔膜
、
支持电解质
、
正负极电解液
、
流通管道
、
储液罐以及蠕动泵等组件
。
[0016]进一步地，所述单体电池或电堆采用碳毡作为正负电极，金属钛板作为集流体，阳离子交换膜作为隔膜；中性的盐作为支持电解质，去离子水作为溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含双中心型季铵盐的锌溴液流电池电解液，其特征在于，所述双中心型季铵盐为
N1,N5‑
二甲基
‑
N1,N1,N5,N5‑
四
(2
‑
羟乙基
)
‑
1,5
‑
二溴化戊二铵，简称为
N2MDA
，其结构式如下：
2.
根据权利要求1所述的一种含双中心型季铵盐的锌溴液流电池电解液，其特征在于，将双中心型季铵盐
N2MDA
作为溴络合剂加入至正极电解液和负极电解液中，
N2MDA
在正极电解液和负极电解液中的浓度均为
0.2
‑
1.0mol/L。3.
根据权利要求1所述的一种含双中心型季铵盐的锌溴液流电池电解液，其特征在于，
N2MDA
的制备方法如下：将
N
‑
甲基二乙醇胺与
1,5
‑
二溴戊烷以投料摩尔比2：1～5：1溶解在
N,N
‑
二甲基甲酰胺中，在
80℃
～
110℃
下回流反应
24h
～
48h
，反应结束后收集白色固体，冷却后加入乙腈稀释，然后加入乙酸乙酯洗涤，在
40
～
50℃
真空烘箱中干燥
24h
～
48h
，得到
N2MDA
分子
。4.
根据权利要求1所述的一种含双中心型季铵盐的锌溴液流电池电解液，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁振兴，熊清华，傅志勇，万凯，向志朋，黄明保，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：