[發(fā)明專利]一種低溫非水系對稱有機液流電池

有效

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• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106920983B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳軍;馬亭;潘增;李海霞;陶占良;程方益;梁靜;于川茗
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 劉書元

本發(fā)明涉及一種低溫非水系對稱有機液流電池，克服了液流電池在寒冷地區(qū)應(yīng)用的局限性，以及非水系有機液流電池存在活性材料溶解度低、電解液易交叉污染、操作電流密度低的問題。所述液流電池以低凝固點寬電化學窗口有機溶劑配制電解液，使液流電池可以在低溫環(huán)境中工作；卟啉類活性材料@導電劑的懸浮電解質(zhì)溶液，提高了卟啉類活性材料在電解質(zhì)溶液中的濃度及電解質(zhì)溶液的導電性，進而提高了液流電池的操作電流密度；根據(jù)孔徑篩分原理制備高離子電導率的離子選擇膜，克服了電解液的交叉污染，提高了液流電池的操作電流密度。本發(fā)明所述的低溫非水系對稱有機液流電池具有高開路電壓，高能量密度，高庫倫效率，高循環(huán)穩(wěn)定性的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于低溫環(huán)境的液流電池，屬于液流電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

液流電池作為大規(guī)模能量存儲技術(shù)已廣泛用于可再生新能源的存儲。應(yīng)用于液流電池的有機活性材料與無機活性材料相比，具有來源豐富、可持續(xù)、多樣性、價格低廉等優(yōu)點，已得到廣泛的關(guān)注。水系有機液流電池由于具有不易燃，操作電流密度大等優(yōu)點已取得一些研究成果。然而，由于水的電化學窗口較窄，限制了液流電池的電壓，更重要的是水系電解液的凝固點也限制了液流電池在寒冷地區(qū)的應(yīng)用。

可再生新能源尤其是風能在寒冷地區(qū)的分布是非常豐富的。因此，開發(fā)可以在寒冷地區(qū)用于大規(guī)模儲能設(shè)備的液流電池是至關(guān)重要的。非水系液流電池使用有機溶劑，電化學窗口較寬且電化學穩(wěn)定性好，而且通常有機溶劑的凝固點低于水，因此非水系液流電池在寒冷地區(qū)更具應(yīng)用前景。

非水系有機液流電池仍面臨著一些挑戰(zhàn)，如活性材料溶解度有限、電解液易交叉污染、操作電流密度低。因此，開發(fā)克服以上缺點，并且可應(yīng)用于低溫環(huán)境的非水系有機液流電池是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服液流電池在寒冷地區(qū)應(yīng)用的局限性，以及目前非水系有機液流電池存在的活性材料溶解度低、電解液易交叉污染、操作電流密度低的問題，本發(fā)明設(shè)計并構(gòu)建了一種可以在低溫環(huán)境中工作的非水系對稱有機液流電池，該電池不僅可以應(yīng)用在寒冷的環(huán)境中，而且提高了活性分子的濃度，電池的操作電流密度，解決了電解液交叉污染的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種低溫非水系對稱有機液流電池，其特征在于具有雙極性卟啉類電解質(zhì)溶液，所述雙極性電解質(zhì)溶液包括活性材料、支持電解質(zhì)、有機溶劑。使用雙極性的卟啉類分子作為活性材料可以構(gòu)建對稱結(jié)構(gòu)的液流電池，對稱結(jié)構(gòu)的液流電池由于具有相同的正負極電解質(zhì)溶液，使得電解質(zhì)溶液之間的穿梭效應(yīng)不會造成污染；另外選用低凝固點、寬電化學窗口的有機溶劑作為支持電解質(zhì)的溶劑，確保了非水系液流電池的開路電壓和低溫可應(yīng)用性。

所述活性材料為卟啉或金屬卟啉中的一種或兩種以上，活性材料濃度為1-1000mg/mL。所述卟啉或金屬卟啉結(jié)構(gòu)如下所示：

其中M為Fe,Co,Ni,Mn,Zn,或Cr，R₁,R₂,R₃,R₄為H,OCH₃,F,Cl,COOCH₃,CN,NO₂中的一種或兩種以上，R₁,R₂,R₃,R₄可以相同也可以不同。

進一步的，所述支持電解質(zhì)包括四丁基高氯酸銨、四氟硼酸銨、氯化銨(NH₄Cl)、四丁基六氟磷酸銨中的一種或兩種以上，濃度為0.01-5mol/L。

進一步的，所述有機溶劑包括DMAc、CH₂Cl₂、DMF、乙腈、NMP、苯中的一種或兩種以上。

進一步的，所述電解質(zhì)溶液為卟啉類活性材料@導電劑的懸浮電解質(zhì)溶液。