[發明專利]一種有機聚合物液流電池系統

有效

• 申請號: 202010562492.9
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111564649B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 武奕;徐俊輝;陳留平;崔耀星;蘇志俊;李丹;朱足妹;杜濱陽;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;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

本發明公開了一種有機聚合物液流電池系統，包括：兩個電解液儲液庫，間隔開分布，每個電解液儲液庫的溶腔內儲存有電解液，一電解液儲液庫內的電解液內具有正極活性物質，正極活性物質為TEMPO功能化有機聚合物，另一電解液儲液庫內的電解液內具有負極活性物質，負極活性物質為紫羅堿功能化有機聚合物，正極活性物質和負極活性物質以本體形式直接溶解或分散在以水為溶劑的體系中且分別存儲于對應的電解液儲液庫中；液流電池堆，與電解液儲液庫連通，電解液被輸入或者輸出電解液儲液庫以進行氧化還原反應。該有機聚合物液流電池系統適用于利用原位生成的電解液的電池環境，具有成本低、充放電性能穩定和活性材料溶解度高等優點。

技術領域

本發明屬于液流電池技術領域，具體涉及一種有機聚合物液流電池系統。

背景技術

能源是人類生存和發展的重要物質基礎，是事關國計民生的戰略性資源。隨著社會的不斷發展，能源問題、環境問題日益嚴重，發展新能源成了研究熱點。

液流電池由于其能量、功率分開設計，安全性高，循環壽命長等特點已經成為大規模儲能技術中最有前景的技術之一。利用化學電源進行儲電，不受地理條件限制，易于實現規模儲能，具有重大的社會經濟價值。以無機物作為活性物質的傳統的液流電池雖然現在蓬勃發展，但由于其昂貴的電池成本、電化學活性低等問題，令其走向大規模儲能將會面臨諸多挑戰和不確定性因素。有機物含有C、H、O、N等豐富元素，原材料來源廣泛且價格低廉。同時，有機物可通過接入官能團來改變溶解度、氧化還原電位和空間位阻等性質，將有機活性物質代替傳統的金屬和鹵素等活性物質，可以顯著地提高液流電池的能量密度和開路電壓，大大增強液流電池的穩定性。另外，有機活性物質可以通過一種低碳排放的方式實現綠色電池循環。

聚合物具有良好的穩定性和多樣化的設計性，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，近幾年作為液流電池的活性物質被廣泛研究，即需要設計引入具有優異的電化學活性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，本發明提出一種有機聚合物液流電池系統，該有機聚合物液流電池系統能夠適用于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、安全性能高、能量密度高、充放電性能穩定和活性材料溶解度高等優點。

根據本發明實施例的有機聚合物液流電池系統，包括：兩個電解液儲液庫，兩個所述電解液儲液庫間隔開分布，每個所述電解液儲液庫的溶腔內儲存有電解液，一所述電解液儲液庫內的電解液內具有正極活性物質，所述正極活性物質為TEMPO功能化有機聚合物，另一所述電解液儲液庫內的電解液內具有負極活性物質，所述負極活性物質為紫羅堿功能化有機聚合物，所述正極活性物質和所述負極活性物質以本體形式直接溶解或分散在以水為溶劑的體系中且分別存儲于對應的所述電解液儲液庫中，所述體系中還溶解有支持電解質；液流電池堆，所述液流電池堆與所述電解液儲液庫連通，所述電解液被輸入或者輸出所述電解液儲液庫以進行氧化還原反應；其中，所述TEMPO功能化有機聚合物的化學結構式為：

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磺酸基增加溶解度；

所述紫羅堿功能化有機聚合物的化學結構式為：

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增加溶解度。