[發明專利]一種堿性液流電池正極電解液

在審

• 申請號: 201911277334.2
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN112993357A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 袁治章;李先鋒;劉曉奇;張華民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M4/86
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發明提供一種堿性液流電池正極電解液，所述堿性液流電池正極電解液由鈷鹽、絡合劑及強堿形成，通過絡合的方式，將鈷離子絡合后首次應用于堿性體系，并在堿溶液中可穩定存在，同時具有較好的活性和可逆性。通過與相應的負極電對配對形成堿性鈷基液流電池體系。該堿性鈷基液流電池具有電池效率高、能量密度高的特點，在儲能領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及液流電池領域，特別涉及一種堿性液流電池正極電解液。

背景技術

液流電池是一種電化學儲能新技術，與其它儲能技術相比，具有系統設計靈活、蓄電容量大、選址自由、能量轉換效率高、可深度放電、安全環保、維護費用低等優點，可以廣泛應用于風能、太陽能等可再生能源發電儲能、應急電源系統、備用電站和電力系統削峰填谷等方面。全釩液流電池(VFB)由于安全性高、穩定性好、效率高、壽命長(壽命15年)、成本低等優點，被認為具有良好的應用前景，但VFB的電解質溶液價格較貴，這在一定程度上限制了其大規模應用。因此開發性能優異，成本低廉的電化學儲能電池對可再生能源普及應用非常重要。

除了全釩液流電池以外，目前發展較為成熟的液流電池主要還有鋅溴液流電池、多硫化鈉溴和鋅鎳電池體系。其中鋅溴液流電池和多硫化鈉溴電池由于正極側電解液在充電時會生成溴單質而造成環境污染，制約了其大規模應用。現有的各種鋅-金屬液流電池，包括鋅鎳液流電池(堿性)，堿性鋅鐵液流電池等。對于堿性鋅鎳液流電池，商業化的燒結鎳面容量受限，電池充放電運行過程中，鎳正極發生的是氫氧化鎳到羥基氧化鎳的固-固相反應，鎳正極析氧副反應嚴重，電對活性較低，導致電池的運行工作電流密度偏低；此外，鋅鎳電池體系的電解液需用10～14mol L^-1的強堿作為支持電解質，這種高濃度的堿溶液對設備腐蝕嚴重。各種鋅-金屬液流電池，包括鋅鎳液流電池(堿性)，堿性鋅鐵液流電池等，對于堿性體系，大部分金屬離子無法在堿溶液中穩定性存在，金屬離子會與堿生成沉淀，如二價、三價鐵離子遇堿沉淀；二價、三價的鈷離子遇堿沉淀，無法作為液流電池的活性物質。因此，鈷離子一般用作中性或弱酸性的水系電對或以茂金屬的形式用作有機體系的負極電對(EnergyEnvironmental Science,2017,10(2):491-497)。與堿性鋅鐵液流電池正極鐵電對類似，通過氰根將鐵離子絡合后形成穩定的鐵氰化物，使其可在堿中穩定存在，但在強堿溶液中，鐵氰化物中的氰根易被氫氧根離子取代，導致鐵氰化物在強堿溶液中的穩定性較差。

發明內容

針對上述技術問題，本發明公開一種具有高循環穩定性和高能量密度和電池性能的堿性鈷基液流電池。

本發明提供一種堿性液流電池正極電解液，具體技術方案如下：

所述的液流電池正極電解液包括強堿A和活性物質，以鈷鹽與絡合劑形成的絡合物作為正極電解液的活性物質；鈷鹽為二價鈷鹽或二價鈷鹽和三價鈷鹽的混合物。

基于以上技術方案，優選的，所述二價鈷鹽為CoF₂，CoCl₂，CoBr₂，CoI₂，CoO，Co(OH)₂，CoCO₃，Co(NO₃)₂，CoSO₄中的一種或兩種；所述三價鈷鹽為CoF₃，CoCl₃，CoBr₃，CoI₃，Co₂O₃，Co(OH)₃，Co₂(CO₃)₃，Co₂(NO₃)₃，Co₂(SO₄)₃中的一種或兩種；二價鈷鹽是必須的，電池首次運行充電時，正極電解液中的二價鈷的絡合物被氧化為三價鈷的絡合物，具體電化學反應方程式如下：