一种碱性的锡负极电解液及碱性锡铁液流电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锡负极电解液及碱性锡铁液流电池

【技术实现步骤摘要】
一种碱性的锡负极电解液及碱性锡铁液流电池


[0001]本专利技术属于液流电池领域，更具体地，涉及一种碱性的锡负极电解液及碱性锡铁液流电池
。

技术介绍

[0002]液流电池技术发展迅速，各种技术路线层出不穷百花齐放，目前以全钒液流电池和铁铬液流电池发展最为成熟，但钒液流电池受限于钒的价格过高，铁铬液流电池则存在能量密度低和产生氯气的问题，同时它们作为酸性体系，也不可避免存在着严重的析氢副反应问题
。
基于此，一些低成本碱性液流电池体系应运而出，包括全铁离子液流电池
、
锌铁液流电池和碱性锡铁液流电池等
。
专利（一种锡铁碱性液流电池，
CN111525170A
）报导了以锡作为负极，铁氰化物作为正极的碱性锡铁液流电池，但其负极锡离子在碱性条件下只能在低浓度下稳定存在，高浓度的锡离子会发生团簇现象从而发生不可逆的歧化反应，这导致了目前碱性锡铁液流电池受限于负极的低浓度从而只能在极低的能量密度下工作，无法满足实际需求
。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供了一种包含锡元素和多羟基有机物的负极电解液，从而在保留传统碱性锡负极电解液中低电位和多电子反应的优势基础上，进一步解决目前存在的溶解度低和不稳定的问题
。
[0004]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种碱性的锡负极电解液，包括摩尔比大于
1:1
的多羟基有机物以及锡元素；在所述锡负极电解液处于放电状态时，所述锡元素被氧化，并与所述锡负极电解液中的游离
OH
－
结合为锡酸根离子或亚锡酸根离子；且在放电完成时游离
OH
－
离子的最低浓度为
0.1 mol/L
；所述多羟基有机物包含的羟基的数量为3或者以上，用于防止在形成锡酸根离子或亚锡酸根离子的过程中锡元素的团聚沉淀，从而提高了电解液的稳定性从而提升了库伦效率与容量保持率，另一方面提升了锡离子与锡单质之间的反应动力学从而提升了能量效率
。
[0005]优选地，所述锡元素的浓度为
0.1~2 mol/L。
[0006]优选地，所述多羟基有机物为单糖或双糖
、
糖醇
、
糖酸
、
柠檬酸
、
三乙醇胺
、
三异丙醇胺
、
二乙醇单异丙醇胺
、3
‑
[N
‑
N
‑
双
(2
‑
羟乙基
)
氨基
]‑2‑
羟基丙磺酸
、
三
(
羟甲基
)
氨基甲烷
、
二
(2
‑
羟乙基
)
氨基三
(
羟甲基
)
甲烷
、N,N,N',N'
‑
四
(2
‑
羟乙基
)
乙二胺
、N,N,N',N'
‑
四
(2
‑
羟丙基
)
乙二胺中的一种或多种
。
[0007]优选地，所述多羟基有机物与所述锡元素的摩尔比大于等于
1.2:1。
[0008]优选地，所述锡负极电解液在放电完成时游离
OH
－
离子的最低浓度为
1~10 mol/L。
[0009]按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种碱性锡铁液流电池，该碱性锡铁液流电
池包括如上述的锡负极电解液
。
[0010]优选地，还包括
pH
值大于等于
13
的正极电解液，所述正极电解液包括铁氰根离子和
/
或亚铁氰根离子
。
[0011]作为进一步优选地，所述正极电解液中，铁氰根离子和亚铁氰根离子的浓度之和为
0.1~2 mol/L。
[0012]作为进一步优选地，所述正极电解液中
OH
－
的浓度小于等于
3 mol/L。
[0013]作为进一步优选地，还包括设置于所述锡负极电解液与所述正极电解液之间的隔膜；在所述锡负极电解液与所述正极电解液之内均平行设置有电极与集流体
。
[0014]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1. 本专利技术提供了一种碱性的锡负极电解液，电解液中加入多羟基有机物，利用其对含锡离子的分散作用，避免碱性高浓度下含锡离子的快速团簇而产生不可逆的含锡沉淀物，从而成为一种高浓度高稳定性的碱性锡负极电解液；
2. 本专利技术所提供的正极电解液中，通过多羟基有机物的引入改变微观下含锡离子周围的溶剂化结构，从而提升锡离子与锡金属之间的氧化还原沉积反应动力学；
3. 本专利技术提供的碱性锡铁液流电池，优选以铁氰化物作为正极；一方面正负极活性材料价格相对低廉，电解液成本低；另一方面锡负极发生多电子反应过程，从而使得电池具备高能量密度
。
同时特异性配体的引入，能够为电池带来超高的稳定性和能量转换效率
。
附图说明
[0015]图1为实施例1负极电解液的循环伏安曲线图；图2为实施例1充放电测试的电压与容量关系图；图3为实施例1充放电测试的容量保持率与循环数关系图；图4为对比例1充放电测试的容量保持率与循环数关系图
。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合
。
[0017]本专利技术提供了一种碱性的锡负极电解液，包括多羟基有机物以及锡元素；在放电状态时，所述锡元素被氧化，并与所述锡负极电解液中的游离
OH
－
结合为锡酸根离子或亚锡酸根离子，在充电状态时，锡元素以锡金属单质形式存在，在一些实施例中，所述锡元素的浓度为
0.1~2 mol/L
；亚锡酸根离子或锡酸根离子与锡元素的转换过程如下：
[0018]且在放电完成时游离
OH
－
离子的最低浓度为
0.1 mol/L
；即当锡元素以
1:4
或
1:6
的比例与游离
OH
－
结合后，锡负极电解液仍有至少
0.1 mol/L
的游离
OH
－
；在一些实施例中，所述锡负极电解液在放电完成时游离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碱性的锡负极电解液，其特征在于，包括摩尔比大于
1:1
的多羟基有机物以及锡元素；在所述锡负极电解液处于放电状态时，所述锡元素被氧化，并与所述锡负极电解液中的游离
OH
－
结合为锡酸根离子或亚锡酸根离子；且在放电完成时游离
OH
－
离子的最低浓度为
0.1 mol/L
；所述多羟基有机物包含的羟基的数量为3或者以上，用于防止在形成锡酸根离子或亚锡酸根离子的过程中锡元素的团聚沉淀
。2. 如权利要求1所述的锡负极电解液，其特征在于，所述锡元素的浓度为
0.1~2 mol/L。3.
如权利要求1所述的锡负极电解液，其特征在于，所述多羟基有机物为单糖或双糖
、
糖醇
、
糖酸
、
柠檬酸
、
三乙醇胺
、
三异丙醇胺
、
二乙醇单异丙醇胺
、3
‑
[N
‑
N
‑
双
(2
‑
羟乙基
)
氨基
]
‑2‑
羟基丙磺酸
、
三
(
羟甲基
)
氨基甲烷
、
二
(2
‑
羟乙基
)
氨基三
(
羟甲基
)
甲烷

【专利技术属性】
技术研发人员：段将将，刘沛，郭锦华，汪林锋，孟锦涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：