一種有機相雙液流電池制造技術

本發明專利技術公開了一種有機相雙液流電池。所述雙液流電池包括至少一個電池單體，所述電池單體包括正極和負極；所述正極和負極上分別連接有正極端子和負極端子；所述正極和負極之間設有隔膜；所述隔膜和所述正極之間為正極流道，所述隔膜和所述負極之間設有負極流道；所述正極流道內填充有正極電解液，所述負極流道內填充有負極電解液；所述正極流道的兩端分別與正極電解液儲罐相連通，所述負極流道的兩端分別與負極電解液儲罐相連通；所述正極電解液的活性物質為二茂鐵或其衍生物，所述負極電解液的活性物質為蒽醌或其衍生物。本發明專利技術的蒽醌及其衍生物/二茂鐵及其衍生物的有機相雙液流電池具有制造工藝簡單、成本低、循環壽命高等優點，具有較高的能量密度和功率密度，能量利用效率高，可廣泛應用于電力、交通、電子等行業。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種有機相雙液流電池，特別涉及一種基于蒽醌及其衍生物/ 二茂鐵及其衍生物的有機相液流電池，屬于化工領域，可廣泛應用于太陽能和風能等可再生能源發電的儲能、應急電源系統和電力系統削峰填谷、負載調平等方面。
技術介紹
自Thaller提出氧化還原液流電池的概念開始，液流電池技術已發展了近40年。智能電網的發展對大規模電力儲能的急迫需求掀起了液流電池技術研究的新高潮。從結構上看，液流電池包括單電池、電解液儲罐、泵、電解液管路等。液流電池中實現充放電的活性物質存在于電解液中，單電池或半電池電極只是作為電化學反應的場所， 與活性物質儲存的地點分離。液流電池的輸出功率由電堆中電極有效面積和電極反應界面特性決定。電池容量由活性物質的溶液濃度和溶液體積決定。電池輸出功率和容量可以根據應用需求分別單獨設計。較成熟的液流電池有多硫化鈉/溴、全釩和鋅/溴體系，前兩者為液相，后者為沉積型。鋅/溴電池已試用于電動車和可再生能源發電儲能，全釩液流電池開始步入商業化示范運行。但各種電化學體系仍存在著局限，還不能滿足商業化規模蓄電的要求。具體到技術層面，現有的液流電池多采用水相體系，使得電池工作電壓受限、工作溫度窗口在o-1oo°c，目前的液流電池能量密度仍然較低。尚需通過增大電解液濃度、反應電子數和電壓等途徑以提高。研究表明，很多有機電對表現出了良好的電化學可逆性，如蒽醌類有機物、二茂鐵及其衍生物等。不同于無機物，有機物結構可控，反應電子數可調，將有機物引入到液流電池體系可大大拓展液流電池的發展空間。目前可見報道的有機相液流電池試驗涉及的有機高分子包括醋酸鎘-乙腈體系，聯吡啶鐵(II)-無水乙醇體系。對單一活性物質的液流電池體系，尋找氧化、還原電位差較大的物質非常困難。有機雙液流電池可以有效解決該問題，分別從正負極活性物質電位進行篩選、匹配。正負極電解液分開，各自循環的特點，是一種高性能的蓄電池。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種有機相雙液流電池，綜合有機相和雙液流電池的優點，是一種工作電壓窗口、溫度窗口寬、成本低廉、能量密度和功率密度高的有機相雙液流電池。本專利技術提供的一種有機相雙液流電池包括至少一個電池單體，所述電池單體包括正極和負極；所述正極和負極上分別連接有正極端子和負極端子；所述正極和負極之間設有隔膜；所述隔膜和所述正極之間為正極流道，所述隔膜和所述負極之間設有負極流道；所述正極流道內填充有正極電解液，所述負極流道內填充有負極電解液；所述正極流道的兩端分別與正極電解液儲罐相連通，所述負極流道的兩端分別與負極電解液儲罐相連通；所述正極電解液的活性物質為二茂鐵或其衍生物，所述負極電解液的活性物質為蒽醌或其衍生物。上述的有機相雙液流電池中，所述二茂鐵衍生物可為二茂鐵甲醇、I，I’- 二茂鐵二甲醇、二茂鐵甲醛、1，I’ - 二茂鐵二甲酸、二茂鐵乙酸、二茂鐵1-甲基乙烯基吡啶碘鹽、二茂鐵酰胺或乙炔二茂鐵；所述蒽醌衍生物可為1，2_氯蒽醌、1-硝基蒽醌、2-氨基蒽醌、1，4- 二氨基-2，3- 二氯蒽醌、蒽醌-1-磺酸、1，6-蒽醌二磺酸、1，7-蒽醌二磺酸或2，6-蒽醌二磺酸。上述的有機相雙液流電池中，所述正極電解液和負極電解液的電解質均可為四丁基氯化銨、四丁基六氟磷酸銨和四丁基溴化銨中至少一種；·所述正極電解液和負極電解液的溶劑均可為N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中至少一種。上述的有機相雙液流電池中，所述電解質的摩爾濃度可為0. 05mOl/L-lmOl/L，具體可為0. lmol/L或0. 5mol/L ;所述正極電解液的活性物質的摩爾濃度可為0. Olmol/L-lmol/L,具體可為0. 3mol/L、0. 5mol/L或0. 8mol/L ;所述負極活性物質的電解質的摩爾濃度可為 0. Olmol/L-lmol/L,具體可為 0. 15mol/L、0. 2mol/L 或 0. 65mol/L。上述的有機相雙液流電池中，所述正極和負極的材質均可為碳材料、金屬箔、金屬板或泡沫金屬。上述的有機相雙液流電池中，所述碳材料具體可為石墨板、石墨纖氈或玻碳電極；所述金屬箔具體可為鋁箔、銅箔或鎳箔；所述金屬板具體可為銅板、不銹鋼板或鋁板；所述泡沫金屬具體可為泡沫鎳，所述泡沫金屬的孔隙率可為30% -96%。上述的有機相雙液流電池中，所述隔膜可為陰離子交換膜、陽離子交換膜或納濾膜。本專利技術的蒽醌及其衍生物/ 二茂鐵及其衍生物的有機相雙液流電池活性物質濃度可達到0. 2 lmol/L，大大提高了有機液流電池的能量密度；同時，電解液的流動使電池的整體極化明顯降低，進一步提高了能量利用率；本專利技術的蒽醌及其衍生物/ 二茂鐵及其衍生物的有機相雙液流電池具有制造工藝簡單、成本低、循環壽命聞等優點，具有較聞的能量密度和功率密度，能量利用效率高，可廣泛應用于電力、交通、電子等行業。附圖說明圖1為本專利技術實施例1的有機相雙液流電池的結構示意圖。圖2為本專利技術實施例2的有機相雙液流電池的結構示意圖。圖中各標記如下1電池單體、2正極、3負極、4正極端子、5負極端子、6正極電解液流道、7負極電解液流道、8正極電解液儲罐、9負極電解液儲罐、10液泵、11電解液輸送管線、12隔膜、13電堆。具體實施例方式下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。實施例1、二茂鐵/1-氯蒽醌雙液流電池本實施例提供的雙液流電池包括I個電池單體I ;電池單體I包括正極2和負極.3，正極2和負極3的材質均為石墨纖維；在正極2和負極3處分別用石墨板引出正極端子4和負極端子5 ;正極2和負極3之間設有隔膜12，其材質為陰離子(氯離子)選擇性透過膜；正極2與隔膜12之間為正極電解液流道6，其內填充有正極電解液，正極電解液的溶劑為DMF，電解質為TBAC1(四丁基氯化銨)濃度為0. lmol/L，活性物質為二茂鐵，濃度為0.5mol/L ;負極3與隔膜12之間為負極電解液流道7，其內填充有負極電解液，負極電解液的溶劑為DMF，電解質為TBACl (四丁基氯化銨)濃度為0. lmol/L,活性物質為1_氯蒽醌，濃度為0. 2mol/L ;正極電解液流道6的兩端通過電解液輸送管線11與正極電解液儲罐8相連通形成溶液閉合回路；負極電解液流道7的兩端通過電解液輸送管線11與負極電解液儲罐9相連通形成溶液閉合回路；電解液輸送管線11上設有液泵10，為電解液的流動提供動力。電池充放電時，正極電解液和負極電解液的線流速控制在lcm/s 100cm/s，電極電流密度控制在0. 5 40mA/cm2，測得平均放電電壓約為1. 3V，該過程的庫侖效率大于60%，充放電循環50次，電池性能衰減很小。由上述實驗數據可知，本專利技術提供的有機相雙液流電池的比能量和比功率均可達到全釩液流電池的水平，而且循環壽命更高。實施例2、二茂鐵酰胺/1-硝基蒽醌雙液流電池本實施例提供的雙液流電池包括5個串接在于一起的電池單體I形成的電堆13 ；電池單體I包括正極2和負極3，正極2和負極3的材質均為納米石墨纖氈；在正極2和負極.3處分別用石墨板引出正極端子4和負極端子5 ;正極2和負極3之間設有隔膜12，其材質為陰本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種有機相雙液流電池，所述雙液流電池包括至少一個電池單體，所述電池單體包括正極和負極；所述正極和負極上分別連接有正極端子和負極端子；所述正極和負極之間設有隔膜；所述隔膜和所述正極之間為正極流道，所述隔膜和所述負極之間設有負極流道；所述正極流道內填充有正極電解液，所述負極流道內填充有負極電解液；所述正極流道的兩端分別與正極電解液儲罐相連通，所述負極流道的兩端分別與負極電解液儲罐相連通；其特征在于：所述正極電解液的活性物質為二茂鐵或其衍生物，所述負極電解液的活性物質為蒽醌或其衍生物。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊穎，程杰，馬浩，
申請(專利權)人：清華大學，張家港智電可再生能源與儲能技術研究所有限公司，
類型：發明
國別省市：