【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料及能源储存，具体涉及一种中性水系全醌液流电池电解液及电池。
技术介绍
1、由于传统石油、煤炭等化石能源的资源限制和污染问题，人们正着力发展可再生能源。其中风能、太阳能等储量高的可再生能源有着良好应用前景，但其有着不连续、间歇性的缺陷，对电网稳定性要求较高。液流电池输出功率和储能容量可控，安全性高，启动速度快，并具有较强过载能力和深度放电能力，易实现大规模储能，循环寿命长。氧化还原液流电池的独特结构使得其能量和功率可独立缩放或设计，因此可解决可再生能源利用中带来的电网稳定性问题，是一种有前途的间歇性可再生能源的大规模储能方式。
2、液流电池结构由储液罐、电池堆和泵组成。电池运行过程中通过泵将正负极电解液从储液罐注入电池内部，流过正负极表面并发生电化学反应，其中正负极电解液由离子选择性透过膜分开。正负极电极与电源负载连通，通过电路传递电子，电池内部由隔膜传递正负离子，形成回路。
3、液流电池分为水系和非水系体系，水系电池更具有实用前景。目前商业全钒液流电池已经在储能方面展现出优势，但就长远发展来看，其在资源利用、绿色环保、价格控制能方面都存在一定的不足。水系有机液流电池在性能和成本方面具有潜力，受到了广泛关注。目前已报道的水系有机液流电池可以按电解质ph分为三类。无毒且具有成本优势的醌类材料大多使用在强酸/强碱性体系中，且往往会匹配有毒的无机电极，同时体系本身的腐蚀性对设备材料的要求较高；在安全性高的中性体系中，往往使用的是有毒的紫精类物质和稳定性较差的自由基活性物质。它们在安全性方面存
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种中性水系全醌液流电池电解液及电池，通过调控电解液的溶剂，使无毒且具有成本优势的醌类活性材料可以应用在中性体系中。并且对正负极进行了改性，提升了中性体系电池的循环稳定性和能量效率。
2、实现本专利技术目的的技术方案为：
3、本专利技术的第一方面是提供了一种中性水系全醌液流电池电解液，包括正极电解液及负极电解液，所述正极电解液中电解质为苯酚类活性物质，负极电解液中电解质为醌类活性物质，所述正极电解液和负极电解液的溶剂均为无机盐的水溶液；
4、醌类材料大多使用在强酸/强碱性体系中，申请人发现特定的无机盐水溶液能够提升电解液中醌类活性材料的溶解度和动力学性能。如硫酸钠、硝酸钠、高氯酸钠、氯化钠、溴化钠、碘化钠、三氟磺酸钠、硝酸钾、氯化钾、溴化钾、碘化钾、硫酸铵中的一种或两种以上作为电解质盐的水溶液。
5、进一步地，正极电解液中的溶剂为：硫酸钠、硝酸钠、高氯酸钠、氯化钠、三氟磺酸钠、硝酸钾、氯化钾、硫酸铵中的一种或两种以上作为电解质盐的水溶液，也可以提升苯酚类活性物质的溶解度和动力学性能。
6、进一步地，负极电解液中的溶剂为：硫酸钠、硝酸钠、高氯酸钠、氯化钠、溴化钠、碘化钠、三氟磺酸钠、硝酸钾、氯化钾、溴化钾、碘化钾、硫酸铵中的一种或两种以上作为电解质盐的水溶液。
7、进一步地，所述的正极或负极电解液中的溶剂为浓度为0.3~2mol/l的硫酸钠水溶液。进一步优选的浓度为0.1~1mol/l。
8、进一步地，所述苯酚类活性物质为对苯二酚磺酸钾、邻苯二酚-3,5-二磺酸钠中的一种或两种；所述醌类活性物质为9,10-蒽醌-1-磺酸钠、9,10-蒽醌-2-磺酸钠、9,10-蒽醌-1,5-磺酸钠、9,10-蒽醌-2,6-磺酸钠、9,10-蒽醌-2,7-磺酸钠、1,2-萘醌-4-磺酸钠中的一种或两种以上。
9、进一步地，所述正极电解液中苯酚类活性物质的浓度为0.02~1mol/l，进一步优选的浓度为0.1~1mol/l。所述负极电解液中醌类活性物质的浓度为0.02~1mol/l，进一步优选的浓度为0.1~1mol/l。
10、本专利技术的第二方面是提供了一种中性水系全醌液流电池，包括上述正极电解液及负极电解液、正极、隔膜及负极。电池体系中电解液平行流过正负极表面并发生电化学反应。正极发生苯酚活性物质上的羟基的氧化还原反应，负极发生醌类活性物质上的羰基的氧化还原反应。
11、电池由单电池和储液罐组成。单电池模具由端板、隔离板、石墨板、多孔碳材料电极、液流框、离子选择性透过膜组成。储液罐中电解液通过泵在电池两侧进行循环。正负极活性物质分别溶解在正负极电解液中。电池内部的隔膜将正负极电解液分开并允许支撑电解液中的离子通过。活性物质在多孔碳材料电极上发生电化学反应。
12、进一步地，所述正极或负极为多孔碳材料电极。
13、进一步地，所述多孔碳材料电极包括但不限于石墨板、碳毡、碳布、碳纸或多孔碳复合材料。
14、进一步地，所述多孔碳复合材料的载体包括但不限于石墨板、碳毡、碳布或者碳纸，在载体上负载1~30wt%纳米碳，所述纳米碳包括但不限于碳纳米管、石墨烯或氧化石墨烯。
15、进一步地，所述隔膜为微孔膜、阳离子选择性透过膜或者阴离子选择性透过膜。
16、进一步地，所述隔膜为nafion膜或speeks膜，厚度为50~200μm，孔隙率为5~80%。
17、本专利技术的有益效果是：
18、1.本专利技术通过调控电解液的溶剂，选择无机盐水溶液作为溶剂，使无毒且具有成本优势的醌类活性材料可以应用在中性体系中。
19、2.本专利技术对正负极进行了改性，改善了中性体系中电池极化较大的问题，可提升电池能量效率，进而提升电池循环寿命。
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1.一种中性水系全醌液流电池电解液，其特征在于，包括正极电解液及负极电解液，所述正极电解液中电解质为苯酚类活性物质，负极电解液中电解质为醌类活性物质，所述正极电解液和负极电解液的溶剂均为无机盐的水溶液；
2.根据权利要求1所述的中性水系全醌液流电池电解液，其特征在于，所述的正极或负极电解液中的溶剂为浓度为0.3~2mol/L的硫酸钠水溶液。
3.根据权利要求1所述的中性水系全醌液流电池电解液，其特征在于，所述苯酚类活性物质为对苯二酚磺酸钾、邻苯二酚-3,5-二磺酸钠中的一种或两种；所述醌类活性物质为9,10-蒽醌-1-磺酸钠、9,10-蒽醌-2-磺酸钠、9,10-蒽醌-1,5-磺酸钠、9,10-蒽醌-2,6-磺酸钠、9,10-蒽醌-2,7-磺酸钠、1,2-萘醌-4-磺酸钠中的一种或两种以上。
4.根据权利要求3所述的中性水系全醌液流电池电解液，其特征在于，所述正极电解液中苯酚类活性物质的浓度为0.02~1mol/L，所述负极电解液中醌类活性物质的浓度为0.02~1mol/L。
5.一种中性水系全醌液流电池，其特征在于，包括权利要求1
6.根据权利要求5所述的中性水系全醌液流电池，其特征在于，所述正极或负极为多孔碳材料电极。
7.根据权利要求6所述的中性水系全醌液流电池，其特征在于，所述多孔碳材料电极为石墨板、碳毡、碳布、碳纸或多孔碳复合材料。
8.根据权利要求7所述的中性水系全醌液流电池，其特征在于，所述多孔碳复合材料的载体为石墨板、碳毡、碳布或者碳纸，在载体上负载1~30wt%纳米碳，所述纳米碳为碳纳米管、石墨烯或氧化石墨烯。
9.根据权利要求5所述的中性水系全醌液流电池，其特征在于，所述隔膜为微孔膜、阳离子选择性透过膜或者阴离子选择性透过膜。
10.根据权利要求9所述的中性水系全醌液流电池，其特征在于，所述隔膜为Nafion膜或SPEEKs膜，厚度为50~200μm，孔隙率为5~80%。
...【技术特征摘要】
1.一种中性水系全醌液流电池电解液，其特征在于，包括正极电解液及负极电解液，所述正极电解液中电解质为苯酚类活性物质，负极电解液中电解质为醌类活性物质，所述正极电解液和负极电解液的溶剂均为无机盐的水溶液；
2.根据权利要求1所述的中性水系全醌液流电池电解液，其特征在于，所述的正极或负极电解液中的溶剂为浓度为0.3~2mol/l的硫酸钠水溶液。
3.根据权利要求1所述的中性水系全醌液流电池电解液，其特征在于，所述苯酚类活性物质为对苯二酚磺酸钾、邻苯二酚-3,5-二磺酸钠中的一种或两种；所述醌类活性物质为9,10-蒽醌-1-磺酸钠、9,10-蒽醌-2-磺酸钠、9,10-蒽醌-1,5-磺酸钠、9,10-蒽醌-2,6-磺酸钠、9,10-蒽醌-2,7-磺酸钠、1,2-萘醌-4-磺酸钠中的一种或两种以上。
4.根据权利要求3所述的中性水系全醌液流电池电解液，其特征在于，所述正极电解液中苯酚类活性物质的浓度为0.02~1mol/l，所述负极电解液中醌类活性物质的浓...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，朱雅逊，杨高靖，严振华，李海霞，赵庆，董捷，马春响，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：
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