電解質的電再生制造技術

本發明專利技術提供了液流電池組和減少容量損失的使用液流電池組的方法。可以通過電氧化負電解質中的有機物質來減輕容量損失。解質中的有機物質來減輕容量損失。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】電解質的電再生
[0001]關于聯邦資助研究的聲明
[0002]本專利技術是在能源部(Department of Energy)授予的DE
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AC36
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08GO28308和DE
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AR0000767以及在國家科學基金會(National Science Foundation)授予的CBET
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1509041和CBET
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1914543的政府支持下完成的。政府對本專利技術享有一定的權利。
[0003]專利技術背景
[0004]從可再生資源如太陽和風產生的電力的成本已經變得可與來自化石燃料的電力競爭。盡管如此，間歇性可再生電力的廣泛采用需要新的方法，以便在這些資源不可用于發電時長時間可靠地儲存和輸送電力。其能量和功率容量可獨立地縮放的氧化還原液流電池組(RFB)可以實現成本有效的長時間放電。
[0005]全釩氧化還原液流電池組化學目前是技術上最發達的，但是由于電解質成本限制，可能無法進入大部分電網存儲市場。包含更便宜的地球上含量豐富的元素的新興有機電解質可以解決這種限制。但是，有機電解質更易于分子分解，這會導致電荷存儲容量的逐漸損失。因此，需要逆轉分解的機制。
[0006]專利技術概述
[0007]本專利技術的特征在于通過電化學再生負電解質來延長氧化還原液流電池組壽命的方法。本專利技術的特征在于通過電化學再生負電解質以及重新平衡負電解質與正電解質中氧化還原物質的氧化態與還原態來延長氧化還原液流電池組壽命的方法。/>[0008]在一方面，本專利技術提供了使液流電池組放電的方法，該方法包括以下步驟：a)提供液流電池組，該液流電池組包括與第一電極接觸的在水性溶液或懸浮液中包含有機物質的負電解質、與第二電極接觸的包含氧化還原活性物質的正電解質、以及分隔負電解質與正電解質的屏障，其中當該液流電池組放電時，該有機物質降解為降解產物；b)使液流電池組放電，使得負電解質被氧化且正電解質被還原，以及c)向負電解質施加足以使降解產物恢復為氧化的有機物質的電脈沖。
[0009]在本文中描述的方法的實施方案中，該有機物質是氫醌類。
[0010]在本文中描述的方法的實施方案中，該氫醌類是蒽醌類的還原形式，例如式(I)的蒽醌類：
[0011][0012]其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8中的每一個獨立地選自H；鹵素；任選取代的C1?6烷基；氧代；任選取代的C3?
10
碳環基；任選取代的具有1至4個獨立地選自O、N和S的雜原子的C1?9雜環基；任選取代的C6?
20
芳基；任選取代的具有1至4個獨立地選自O、N和S的雜原子的C1?9雜芳基；
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CN；
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6元環，或其離子，其中每個R
a
獨立地為H；任選取代的C1?6烷基；任選取代的C3?
10
碳環基；任選取代的具有1至4個獨立地選自O、N和S的雜原子的C1?9雜環基；任選取代的C6?
20
芳基；任選取代的具有1至4個獨立地選自O、N和S的雜原子的C1?9雜芳基；氧保護基團；或氮保護基團。一種示例性的蒽醌類是2，6
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二羥基
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9，10
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蒽醌。醌的一種示例性降解產物是蒽酮。在某些實施方案中，該有機物質是萘醌、還原吩嗪、還原芴酮、還原的N，N
’?
二取代吩嗪、還原的單季銨化或N，N
’?
二季銨化吩嗪、還原吩噁嗪、還原吩噻嗪或還原的二季銨化聯吡啶。
[0013]在本文中描述的方法的實施方案中，施加電脈沖大約0.1至大約48小時。在一些實施方案中，施加的電脈沖處于高于降解產物的氧化電位的電位。在一些實施方案中，電脈沖處于高于降解產物的氧化電位至少+100mV的電位，例如高于降解產物的氧化電位大約+100mV至大約+1500mV(例如大約+500mV)。
[0014]在本文中描述的方法的實施方案中，步驟(c)進一步包括向負電解質提供至少一種電催化劑。在一些實施方案中，該電催化劑包括石墨烯、碳納米管、碳納米顆粒、金屬納米顆粒或金屬氧化物納米顆粒。
[0015]在本文中描述的方法的實施方案中，步驟(c)進一步包括向負電解質提供一種或多種氧化還原介體。在一些實施方案中，該一種或多種氧化還原介體包括分子氧、鐵氰化物、高錳酸鉀、DBEAQ(4，4
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([9，10
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蒽醌
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2，6
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二基]二氧基)二丁酸)、DPPEAQ([9，10
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二氧代
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9，10
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二基]雙[氧基]雙[丙烷
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二基])雙(膦酸))、DPivOHAQ(3，3
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蒽醌
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(9，10
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蒽醌
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二基)二丁酸)、DPAQ(蒽醌
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2，6
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二丙酸)、苯醌或萘醌。
[0016]在本文中描述的方法的實施方案中，步驟(c)進一步包括改變負電解質的pH。在一些實施方案中，用于施加電脈沖的電極包含碳或金屬。在一些實施方案中，用于施加電脈沖的電極包含不銹鋼、鈦、銅、鉍或鉛。
[0017]在本文中描述的方法的實施方案中，該氧化還原活性物質包含溴、氯、碘、分子氧、釩、鉻、鈷、鐵、鋁、錳、鈷、鎳、銅或鉛。
[0018]在本文中描述的方法的實施方案中，該電池組循環至少100次。
[0019]在一方面，本專利技術提供了一種液流電池組，其包括i)與第一電極接觸的在水性溶液或懸浮液中包含有機物質的負電解質；ii)與第二電極接觸的包含氧化還原活性物質的正電解質；iii)分隔負電解質與正電解質的屏障；和iv)與負電解質接觸的第三電極，其中第三電極設置為向該負電解質施加電脈沖。
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.使液流電池組放電的方法，所述方法包括以下步驟：a)提供液流電池組，所述液流電池組包括與第一電極接觸的在水性溶液或懸浮液中包含有機物質的負電解質、與第二電極接觸的包含氧化還原活性物質的正電解質、以及分隔負電解質與正電解質的屏障，其中當所述液流電池組放電時，所述有機物質降解為降解產物；b)使液流電池組放電，使得負電解質被氧化且正電解質被還原；以及c)向負電解質施加足以使降解產物恢復為氧化的有機物質的電脈沖。2.根據權利要求1所述的方法，其中所述有機物質是氫醌類。3.根據權利要求2所述的方法，其中所述氫醌類是式(I)的蒽醌類的還原形式：其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8中的每一個獨立地選自H；鹵素；任選取代的C1?6烷基；氧代；任選取代的C3?
10
碳環基；任選取代的具有1至4個獨立地選自O、N和S的雜原子的C1?9雜環基；任選取代的C6?
20
芳基；任選取代的具有1至4個獨立地選自O、N和S的雜原子的C1?9雜芳基；
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)2；或任何兩個選自R1、R2、R3和R4的相鄰基團接合以形成任選取代的3
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6元環，或其離子，其中每個Ra獨立地為H；任選取代的C1?6烷基；任選取代的C3?
10
碳環基；任選取代的具有1至4個獨立地選自O、N和S的雜原子的C1?9雜環基；任選取代的C6?
20
芳基；任選取代的具有1至4個獨立地選自O、N和S的雜原子的C1?9雜芳基；氧保護基團；或氮保護基團。4.根據權利要求2所述的方法，其中所述氫醌類是2，6
?
二氫蒽醌的還原形式。5.根據權利要求1所述的方法，其中所述有機物質是氫萘醌、還原吩嗪、還原的N，N
’?
二取代吩嗪、還原的單季銨化或N，N
’?
二季銨化吩嗪、還原吩噁嗪、還原吩噻嗪、還原芴酮、或還原的二季銨化聯吡啶。6.根據權利要求1所述的方法，其中施加電脈沖大約1至大約48小時。7.根據權利要求1所述的方法，其中施加的電脈沖處于高于降解產物的氧化電位的電位。8.根據權利要求1所述的方法，其中電脈沖處于高于降解產物的氧化電位至少+100mV的電位。9.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(c)進一步包括向負電解質提供至少一種電催化劑。10.根據權利要求9所述的方法，其中所述電催化劑包括石墨烯、碳納米管、碳納米顆粒、金屬納米顆粒或金屬氧化物納米顆粒。11.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(c)進一步包括向負電解質提供一種或多種氧化還原介體。12.根據權利要求11所述的方法，其中所述一種或多種氧化還原介體包括分子氧、鐵氰
化物、高錳酸鉀、DBEAQ(4，4
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蒽醌
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二基]二氧基)二丁酸)、DPPEAQ([9，10
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二丙酸)、苯醌或萘醌。13.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(c)進一步包括改變負電解質的pH。14.根據權利要求1所述的方法，其中用于施加電脈沖的電極包...

【專利技術屬性】
技術研發人員：MA，
申請(專利權)人：哈佛大學校長及研究員協會，
類型：發明
國別省市：