[發明專利]水性納米聚合物液流電池系統

有效

• 申請號: 202010557305.8
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111584915B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 徐俊輝;陳留平;崔耀星;武奕;蘇志俊;李丹;馬旭強;杜濱陽;朱足妹;聶晶晶
• 申請（專利權）人: 中鹽金壇鹽化有限責任公司;浙江大學
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;C08F220/34;C08F220/60;C08F226/06
• 代理公司: 常州至善至誠專利代理事務所(普通合伙) 32409
• 代理人: 張媛嬌

本發明公開了一種水性納米聚合物液流電池系統，包括正極活性物質和負極活性物質，其中TEMPO功能化聚合物納米顆粒作為正極活性物質，紫羅堿功能化聚合物納米顆粒作為負極活性物質，所述TEMPO功能化聚合物納米顆粒的化學結構式為：所述紫羅堿功能化聚合物納米顆粒的化學結構式為：該水性納米聚合物液流電池系統適用于鹽穴體系(利用原位生成的電解液)的電池環境，具有成本低、活性材料易制備、穩定性高、響應速度快、綠色環保等優點。

技術領域

本發明屬于液流電池領域，具體涉及一種水性納米聚合物液流電池系統。

背景技術

隨著人類經濟快速發展，環境污染和能源短缺等問題日益加劇，促使世界各國廣泛開發利用風能、太陽能、潮汐能等可再生能源。然而這些可再生能源具有不連續、不穩定、受地域環境限制和并網難的特性，導致其利用率低，棄風棄光率高，浪費資源。因此需要大力發展可與其配合使用的高效、廉價、安全可靠的儲能技術。

在各種電化學儲能策略中，相對于靜態電池比如鋰離子電池和鉛酸電池，液流電池 (RedoxFlowBatteries,RFBs)有幾個特別的技術優點，最適于大規模(兆瓦/兆瓦時)的電化學能源儲存，比如相對獨立的能量和功率控制、大電流大功率運行(響應快)、安全性能高(主要是指不易燃燒和爆炸)等。氧化還原活性物質是液流電池能源轉化的載體，也是液流電池中最核心的部分。目前商業化的全釩液流電池利用無機材料作為活性物質，無機材料成本高、毒性、資源有限和電化學活性低等缺點限制了全釩液流電池大規模利用。

聚合物具有良好的穩定性和多樣化的設計性，近幾年作為液流電池的活性物質被廣泛研究。為解決傳統液流電池穩定性差、能量效率低、對環境有污染等難題，設計引入具有優異的電化學活性的紫羅堿和TEMPO功能化的聚合物作為氧化還原電對，得到具有穩定性強、安全性好、配置靈活、響應速度快、綠色環保等突出優勢的有機聚合物氧化還原液流電池，為大規模的電化學儲能技術的應用提供了有力的支撐。同時，引入大分子聚合物，用更經濟、對尺度敏感的透析膜和微孔膜替代價格高昂的Nafion離子交換膜，即可有效防止離子間的交叉污染，大大降低了液流電池的成本。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明提出一種水性納米聚合物液流電池系統，該水性納米聚合物液流電池系統內包含TEMPO功能化聚合物納米顆粒(簡稱為Poly(TEMPO-co-APTMACl))和紫羅堿功能化聚合物納米顆粒(簡稱為Poly(SVBD-co-APTMACl))，含TEMPO功能化聚合物納米顆粒可作為正極活性物質，紫羅堿功能化聚合物納米顆粒可作為負極活性物質，在充放電過程中，選用便宜的滲透膜作為離子交換隔離膜，降低了電池成本的同時也提高了電池的離子通過性，進一步提高了該水性納米聚合物液流電池系統的有效放電容量和能量效率。

根據本發明實施例的水性納米聚合物液流電池系統，包括正極活性物質和負極活性物質，其中TEMPO功能化聚合物納米顆粒作為所述正極活性物質，紫羅堿功能化聚合物納米顆粒作為所述負極活性物質，所述TEMPO功能化聚合物納米顆粒的化學結構式為：

其中，TEMPO作為最主要的氧化還原活性位點，利用聚合物上所連接的季銨鹽增加溶解度；

所述紫羅堿功能化聚合物納米顆粒的化學結構式為：

其中，紫羅堿作為主要的氧化還原活性位點，利用聚合物上所連接的季銨鹽和磺酸基增加溶解度。