[發明專利]一種水溶性有機電對液流電池

無效

• 申請號: 200910176983.3
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN102035007A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 徐艷;文越華;程杰;楊裕生;曹高萍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63971部隊
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M10/36;H01M10/40;H01M8/24;H01M4/02;H01M4/60
• 代理公司: 中國人民解放軍防化研究院專利服務中心 11046
• 代理人: 劉永盛;林英

技術領域

本發明涉及一種水溶性有機電對液流電池的原理和制備，屬于化工領域，可廣泛應用于非并網可再生能源發電，廠礦、樓宇、邊遠地區等規模儲能，及電網的削峰填谷。

背景技術

液流電池由燃料電池發展而來，自1974年提出概念開始，由于其諸多的特有性能而引起廣泛關注。與通常蓄電池的固態活性物質包含在陽極和陰極內不同，液流電池中作為活性物質的高、低電位兩個氧化-還原電對，兩個或其中之一溶解于裝在儲液罐中的溶液中，由泵推動使溶液流經電池，在惰性電極上發生氧化和還原反應。液流電池的核心是進行氧化-還原反應實現充、放電過程的單電池。單電池由正極、負極、電解液和隔膜組成。因此，液流電池具有容量與功率可分開獨立設計、壽命長、成本低等特點，從安全性、儲能效率和性/價比等方面考慮，液流電池應是最適于大規模蓄電的儲能體系，其用于規模儲能的前景非常廣闊。

發展至今，研究者通過變換正/負極氧化還原電對，獲得了多種可用的液流電池體系。從早期研究的鈦/鐵液流電池，到目前開始步入商業化示范運行的全釩和鋅/溴液流電池，基本上都是通過無機電對之間的組配，構成了各具特點的液流儲能電化學體系。無機電對的原料受礦藏資源的限制，如最具商業化應用前景的全釩液流電池，其商業化進程就受到釩價攀升的影響。

許多有機物具有較好的氧化還原可逆性能，如醌類有機物、苯胺類有機物等。有機電對一般由C、H、O、N、P、S等常見元素組成，不受礦藏資源的限制；且有機物的分子結構可設計，其電極電位和反應電子數可調控。但迄今為止，在化學儲能方面，未見有機電對的應用。在液流電池方面，有機物曾作為配體，對無機活性電對進行修飾改性，尚未見直接采用水溶性有機電對作為液流電池活性物質的報道。

發明內容

本發明提出一種水溶性有機電對液流電池，結合水溶性有機電對與液流蓄電的特點，將水溶性有機電對用作液流電池其中一極的活性物質，另一極活性物質采用無機電對或有機電對，正極電解液和負極電解液間加裝隔膜，組成液流電池。液流電池以有機電對為一個電極或兩電極活性物質，克服傳統的液流電池采用無機電對受限于礦藏資源的缺點，使其具有原料豐富、制備方便、電能轉化效率高、環保、使用安全等特點。

本發明的目的是通過下述方式實現的：

一種水溶性有機電對液流電池，由正極、正極電解液儲罐、隔膜、負極和負極電解液儲罐構成。正極和負極之間用隔膜分開，正極電解液儲罐通過正極輸送管線與正極室連通，負極電解液儲罐通過負極輸送管線與負極室連通；正極和負極其中之一的活性物質為水溶性有機電對，另一極活性物質為無機電對或者有機電對；正極電解液和負極電解液分別存儲在外設的正極儲罐和負極儲罐內，分別通過正極輸液泵和負極輸液泵推動循環流過正極室和負極室，在由隔膜分隔的正極和負極上發生氧化/還原反應，進行充電或放電過程。

所述的水溶性有機電對是含氧官能團有機物及其衍生物、含硫官能團有機物及其衍生物、含氮官能團有機物及其衍生物或金屬有機化合物及其衍生物；含氧官能團有機物及其衍生物為酚醌類、醛酮類或含氧雜環化合物，含硫官能團有機物及其衍生物為二硫類、硫醚類或含硫雜環化合物，含氮官能團有機物及其衍生物為硝基類、氨基類或含氮雜環化合物，金屬有機化合物及其衍生物為二茂鐵或二茂鎳。

作為電池活性物質的無機電對為水溶性無機電對、溶解/沉積型無機電對或者含在固體電極中的無機電對，可由下列一種或者一種以上的金屬變價構成：Co、Pb、Ce、Mn、Cd、Hg、Zn、Fe、Cu、Ag、Sn、Sb、V、Ni、Cr、In。

電池的正極電解液和負極電解液為酸性或中性水溶液，該電解液中的電解質包含以下的一種或一種以上：H₂SO₄、HCl、H₃PO₄、HNO₃、CH₃COOH、甲基磺酸、四氟硼酸、NH₄Cl、NaCl、KCl、Na₂SO₄、K₂SO₄、(NH₄)₂SO₄。電池的正極電解液和負極電解液可以是堿性水溶液，該電解液中的電解質包含以下的一種或一種以上：Ba(OH)₂、NaOH、KOH、LiOH、NH₄OH、Na₂CO₃、K₂CO₃、三乙醇胺。