[發(fā)明專利]鐵基液流電池及其正負(fù)極電解液與制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910709829.1
• 申請(qǐng)日: 2019-08-02
• 公開（公告）號(hào): CN110416586B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝志鵬;魏露露;劉寶祿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/18
• 分類號(hào): H01M8/18
• 代理公司: 贛州凌云專利事務(wù)所 36116
• 代理人: 曾上

本發(fā)明涉及到鐵基液流電池及其正負(fù)極電解液與制備方法，屬于電化學(xué)領(lǐng)域，可廣泛應(yīng)用于新能源大規(guī)模儲(chǔ)能。本發(fā)明的鐵基液流電池中所述負(fù)極和正極電解液的活性物質(zhì)均為鐵的化合物，負(fù)極電解液恒定的pH以六亞甲基四胺?鹽酸來維持，正極電解液恒定的pH以氨基乙酸?鹽酸來維持；正負(fù)極固態(tài)儲(chǔ)能材料均為普魯士藍(lán)，通過正負(fù)極電解液活性物質(zhì)的氧化還原來實(shí)現(xiàn)電子/電荷在正負(fù)電極與固體儲(chǔ)能材料普魯士藍(lán)之間的傳遞。其能量密度可達(dá)到全釩液流電池的2倍以上，但活性材料成本只有它的十分之一。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到鐵基液流電池及其正負(fù)極電解液與制備方法，屬于電化學(xué)領(lǐng)域，可廣泛應(yīng)用于新能源的大規(guī)模儲(chǔ)能。

背景技術(shù)

廣泛地利用太陽能、風(fēng)能等可再生能源來取代化石能源是避免溫室效應(yīng)災(zāi)難性后果的最佳策略之一。然而太陽能和風(fēng)能的間歇性對(duì)電網(wǎng)的安全管理帶來了巨大挑戰(zhàn)。智能電網(wǎng)的發(fā)展需要一種可靠的儲(chǔ)能裝置來調(diào)節(jié)功率的輸入輸出，以達(dá)到最高的能量利用效率。在各種大規(guī)模能量儲(chǔ)存方案中，抽水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能具有最好的成本效益，但是二者需要特殊的地理和地質(zhì)要求。除此二者之外，液流電池以其響應(yīng)速度快、可快速充放電和安全性能高等優(yōu)點(diǎn)成為最具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模儲(chǔ)能裝置之一。液流電池的活性物質(zhì)溶解在電解液中；在泵的推動(dòng)下，電解液循環(huán)流動(dòng)于儲(chǔ)液罐與電極室之間。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使液流電池的功率與容量相互獨(dú)立，可以顯著地提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，有利于滿足客戶不同的需求。但液流電池的低能量密度和低成本效益成了阻礙它廣泛商業(yè)化應(yīng)用的兩大因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供鐵基液流電池及其正負(fù)極電解液與制備方法，克服現(xiàn)有液流電池的不足之處，實(shí)現(xiàn)高能量密度和低成本化目標(biāo)。

本發(fā)明是在現(xiàn)有液流電池的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。本發(fā)明主要由負(fù)極、負(fù)極電解液、負(fù)極固體儲(chǔ)能材料、正極、正極電解液、正極固體儲(chǔ)能材料和離子交換膜(隔膜)組成的多節(jié)電池單體聯(lián)成的電堆，負(fù)極固體儲(chǔ)能材料置于負(fù)極罐中，由泵來進(jìn)行負(fù)極電解液的輸送，正極固體儲(chǔ)能材料置于正極罐中，由泵來進(jìn)行正極電解液的輸送。電堆中的負(fù)極室用電解液導(dǎo)管與負(fù)極罐、負(fù)極電解液輸送泵連成回路，負(fù)極電解液在該回路中循環(huán)流動(dòng)。電堆中的正極室通過電解液導(dǎo)管與正極罐、正極電解液輸送泵連成回路，正極電解液在該回路中循環(huán)流動(dòng)。本發(fā)明的關(guān)鍵在于所述負(fù)極電解液的活性物質(zhì)為K₃Fe(CN)₆，其恒定的pH以六亞甲基四胺-鹽酸來維持，且與之對(duì)應(yīng)的負(fù)極固態(tài)儲(chǔ)能材料為普魯士藍(lán)Fe₄[Fe(CN)₆]₃；正極電解液活性物質(zhì)為Fe(bpy)₃Cl₂或Fe(3-mbpy)₃Cl₂或Fe(4-mbpy)₃Cl₂或Fe(5-mbpy)₃Cl₂或Fe(6-mbpy)₃Cl或Fe(3,3’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(3,4’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(3,5’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(3,6’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(4,4’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(5,5’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(6,6’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(3m3’hbpy)₃Cl₂或Fe(3m4’hbpy)₃Cl₂或Fe(3m5’hbpy)₃Cl₂或Fe(3m6’hbpy)₃Cl₂或Fe(4m3’hbpy)₃Cl₂或Fe(4m4’hbpy)₃Cl₂或Fe(4m5’hbpy)₃Cl₂或Fe(4m6’hbpy)₃Cl₂或Fe(5m5’hbpy)₃Cl₂或Fe(6m6’hbpy)₃Cl₂，其恒定的pH以氨基乙酸-鹽酸來維持，且與之對(duì)應(yīng)的正極固態(tài)儲(chǔ)能材料為普魯士藍(lán)Fe₄[Fe(CN)₆]₃；通過中間體K₃Fe(CN)₆與Fe(bpy)₃Cl₂或Fe(3-mbpy)₃Cl₂或Fe(4-mbpy)₃Cl₂或Fe(5-mbpy)₃Cl₂或Fe(6-mbpy)₃Cl或Fe(3,3’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(3,4’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(3,5’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(3,6’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(4,4’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(5,5’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(6,6’-dmbpy)₃Cl₂或Fe(3m3’hbpy)₃Cl₂或Fe(3m4’hbpy)₃Cl₂或Fe(3m5’hbpy)₃Cl₂或Fe(3m6’hbpy)₃Cl₂或Fe(4m3’hbpy)₃Cl₂或Fe(4m4’hbpy)₃Cl₂或Fe(4m5’hbpy)₃Cl₂或Fe(4m6’hbpy)₃Cl₂或Fe(5m5’hbpy)₃Cl₂或Fe(6m6’hbpy)₃Cl₂的氧化還原來實(shí)現(xiàn)電子/電荷在正負(fù)電極與固體儲(chǔ)能材料Fe₄[Fe(CN)₆]₃之間的傳遞。