【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源存储，具体为一种全钒液流电池电解液添加剂。
技术介绍
1、全钒液流电池(vrfb)是一种典型的可再充能源存储系统，因其能量效率高、寿命长、可扩展性好而受到广泛关注。这种电池类型利用钒离子在不同价态之间的转换来存储和释放能量。尽管vrfb具有众多优点，但其商业化应用的推广仍面临一些关键技术挑战。
2、现有技术中，电解液的热稳定性是限制全钒液流电池性能的主要因素之一。在电池运行过程中，尤其是在高温环境下，五价钒离子容易自聚并最终沉淀，这不仅影响了电池的充放电效率，还可能导致电解液的化学稳定性下降和电池寿命缩短。此外，现有电解液在长时间运行或重复充放电过程中容易发生性能退化，这大大限制了电池的可用性和经济效益。
3、传统的解决方案往往采用添加稳定剂或调整电解液配方来尝试解决这些问题。然而，这些方法并没有根本上解决五价钒离子在高温下自聚的问题，且往往会引入新的化学物质，可能对电解液的电化学窗口和整体电池效率产生不利影响。例如，一些添加剂虽能在一定程度上抑制钒离子的沉淀，但可能会导致电解液的黏度增加或引起其他不稳定的化学反应。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种全钒液流电池电解液添加剂，解决了全钒液流电池在高温操作条件下，五价钒离子易自聚和沉淀，导致电解液稳定性和电池性能下降的技术问题。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种全钒液流电池电解液添加剂，所述添加剂包括以下质量百分比的组分：>
3、改性香豆素45～55％
4、改性香豆素通过在其分子结构中引入羟基，增强了与五价钒离子的络合作用。羟基因其多点结合特性，能够与钒离子形成稳定的络合物，减少了钒离子在电解液中的自由状态，从而在高温下防止了钒离子的自聚和沉淀。
5、相比传统香豆素，改性香豆素的引入显著提高了络合物的热稳定性和化学稳定性，使电解液在较宽的温度范围内保持功能性。
6、氨基乙酰丙酮40～50％
7、氨基乙酰丙酮通过其氨基引入，为乙酰丙酮分子增加了额外的电子亲和力。这一改性使其与五价钒离子的络合更加牢固，氨基的正电荷与钒离子的负电荷之间的电荷吸引增强了络合物的整体稳定性。
8、氨基的引入不仅提高了络合作用，还因其极性特性改善了电解液的整体溶解性和离子传导性。
9、硝基苯甲醛5～15％
10、硝基苯甲醛的引入主要是为了增强电解液的电化学稳定性和反应效率。硝基作为一个强电子吸引基团，能提高苯甲醛的电化学活性，有助于优化电解液的氧化还原反应。
11、硝基苯甲醛在提升电解液的电化学性能的同时，也增强了添加剂对高温和化学反应的抵抗力，进一步防止在电池运行中的性能退化。
12、这三种改性化合物不单独作用，而是在电解液中形成协同效应，相互配合提高电解液的整体性能。通过这种特殊配比，本专利技术不仅提升了电解液对五价钒离子的稳定化处理，还优化了电池在复杂工况下的充放电效率和循环寿命。改性香豆素的高效络合能力，氨基乙酰丙酮的稳定螯合作用以及硝基苯甲醛的电化学活性共同作用，使得电解液在高温条件下仍能维持高性能，有效避免了五价钒离子的自聚和沉淀现象。
13、优选的，所述改性香豆素包括至少一个羟基，所述羟基通过羟基化反应引入香豆素的芳香环上。
14、将羟基引入到香豆素的芳香环通常通过羟基化反应实现。这种反应可以通过多种方法进行，例如使用硝基苯的还原或直接羟基化。羟基化过程通常需要在特定条件下进行，如在碱性或酸性环境中，使用催化剂如硼氢化钠或在氧化剂的作用下进行。
15、羟基的引入显著改变了香豆素的化学性质。羟基因其极性和电负性特点，能与钒离子形成较强的配位键，这种键的形成有助于稳定五价钒离子，阻止其在电解液中自聚和沉淀。
16、优选的，所述氨基乙酰丙酮是通过将乙酰丙酮与氨源反应制得的，所述氨源选自一种或多种氨基化学物质。
17、氨基提供了额外的配位位点，与五价钒离子形成稳定的络合物，这有助于防止钒离子在电解液中自由移动和聚集，减少高温下的沉淀现象。此外，氨基的电子给予特性也有助于稳定钒离子的氧化态，提升电池的电化学稳定性。
18、氨基乙酰丙酮的结构特性使其在电解液中更能抵抗高温引起的分解，相较于未改性乙酰丙酮，其更高的热稳定性有助于维持电解液的整体稳定。
19、优选的，所述硝基苯甲醛是通过在苯甲醛的芳香环上引入至少一个硝基通过硝化反应制得。
20、硝基作为强电子吸引基团，能够增加苯甲醛分子的电化学活性。这使硝基苯甲醛在电解液中参与氧化还原反应的能力得到提升，从而增强了电池的充放电效率。在电池充放电过程中，硝基苯甲醛能够作为电子传递介质，提高反应的速率和效率。
21、硝基苯甲醛的引入不仅增强了其在电解液中的溶解性，还提高了其在高温和长期循环条件下的稳定性。这对于提升电池的整体寿命和性能至关重要。
22、虽然硝基苯甲醛的主要功能是提高电化学活性，但也能与五价钒离子形成一定的络合作用，有助于稳定电解液中的钒离子，减少其在高温下的自聚和沉淀。
23、本专利技术还提供一种全钒液流电池电解液添加剂的制备方法，包括以下步骤：
24、s1、羟基香豆素的合成
25、1.反应材料：香豆素与溴化剂(通常使用溴或溴化亚铜等作为溴化剂)。
26、2.反应介质：在无水二甲基亚砜(dmso)中进行反应，该溶剂有助于溶解反应物并促进反应的进行。
27、3.催化剂：加入10～20％体积的三乙胺，作为碱性催化剂，帮助溴化剂更有效地与香豆素的芳香环反应。
28、4.反应条件：室温下搅拌24～48小时，确保反应充分进行。
29、5.后处理：将反应混合物缓慢加入2～5倍体积的水中，使羟基香豆素沉淀，然后通过柱层析进行纯化。
30、s2、氨基乙酰丙酮的合成
31、1.反应材料：乙酰丙酮与硝基苯胺。
32、2.摩尔比：按1:1至1.5的比例混合，确保每个乙酰丙酮分子都可以与足够的硝基苯胺反应。
33、3.反应溶剂：在无水乙醇中进行，乙醇作为良好的溶剂和反应介质。
34、4.催化剂：加入1-5％体积的醋酸，促进反应的进行。
35、5.反应条件：在回流条件下加热12～24小时，然后冷却至室温。
36、6.后处理：将反应混合物加入3～6倍体积的水中沉淀氨基乙酰丙酮，通过重结晶法纯化。
37、s3、硝基苯甲醛的合成
38、1.反应材料：苯甲醛。
39、2.硝化剂：硝酸与硫酸的混合酸(体积比为1:2～3)。
40、3.反应条件：在0～5℃的低温条件下进行硝化反应，维持1～2小时。
41、4.后处理：将反应混合物倒入4～8倍体积的冰水中进行中和和沉淀，通过柱层析纯化。
42、s4、添加剂的最终混本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全钒液流电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括以下质量百分比的组分：改性香豆素45～55％、氨基乙酰丙酮40～50％和硝基苯甲醛5～15％。
2.根据权利要求1所述的全钒液流电池电解液添加剂，其特征在于，所述改性香豆素包括至少一个羟基，所述羟基通过羟基化反应引入香豆素的芳香环上。
3.根据权利要求1所述的全钒液流电池电解液添加剂，其特征在于，所述氨基乙酰丙酮是通过将乙酰丙酮与氨源反应制得的，所述氨源选自一种或多种氨基化学物质。
4.根据权利要求1所述的全钒液流电池电解液添加剂，其特征在于，所述硝基苯甲醛是通过在苯甲醛的芳香环上引入至少一个硝基通过硝化反应制得。
5.一种全钒液流电池电解液添加剂的制备方法，用于制备如权利要求1-4任一项所述的全钒液流电池电解液添加剂，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述S1步骤的通过柱层析纯化得到羟基香豆素的步骤包括：采用硅胶作为固定相，使用乙酸乙酯与正己烷的混合溶剂系统进行梯度洗脱，其中乙酸乙酯与正己烷的体积比在1:1～3。
...【技术特征摘要】
1.一种全钒液流电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂包括以下质量百分比的组分：改性香豆素45～55％、氨基乙酰丙酮40～50％和硝基苯甲醛5～15％。
2.根据权利要求1所述的全钒液流电池电解液添加剂，其特征在于，所述改性香豆素包括至少一个羟基，所述羟基通过羟基化反应引入香豆素的芳香环上。
3.根据权利要求1所述的全钒液流电池电解液添加剂，其特征在于，所述氨基乙酰丙酮是通过将乙酰丙酮与氨源反应制得的，所述氨源选自一种或多种氨基化学物质。
4.根据权利要求1所述的全钒液流电池电解液添加剂，其特征在于，所述硝基苯甲醛是通过在苯甲醛的芳香环上引入至少一个硝基通过硝化反应制得。
5.一种全钒液流电池电解液添加剂的制备方法，用于制...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟青，张家乐，于冬青，王泽晶，许超，
申请(专利权)人：山西国润储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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