[發(fā)明專利]一種基于氧化還原靶向反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)高脫鹽通量的脫鹽液流電池系統(tǒng)

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• 申請日: 2022-08-11
• 公開（公告）號: CN115332594A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳曉宏;李曉彤;盧松濤;秦偉;李楊
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué);哈爾濱工業(yè)大學(xué)重慶研究院
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M8/1018;H01M8/04082
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張金珠

本發(fā)明公開了一種基于氧化還原靶向反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)高脫鹽通量的脫鹽液流電池系統(tǒng)，屬于液流電池的領(lǐng)域。本發(fā)明要解決目前目前脫鹽工藝存在高能耗、低能量存儲和低脫鹽通量等問題的問題。本發(fā)明的液流電池系統(tǒng)還包括裝有含鹽溶液的中央艙室儲液罐，所述電堆內(nèi)部由陽離子交換膜和陰離子交換膜分隔成三室；利用循環(huán)泵使正極電解液于正極材料與陽離子交換膜之間，且含鹽溶液于陽離子交換膜與陰離子交換膜之間循環(huán)運(yùn)行，并且負(fù)極電解液于負(fù)極材料與陰離子交換膜之間循環(huán)運(yùn)行；正極儲液罐還裝有普魯士藍(lán)顆粒。本發(fā)明適用于工廠的規(guī)模生產(chǎn)使用，在海水淡化、生活用水凈化、處理工業(yè)廢水、在可再生能源的存儲及其需要用到電能的領(lǐng)域等均可以得到應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于液流電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于氧化還原靶向反應(yīng)脫鹽液流電池系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高脫鹽通量，以及所述脫鹽液流電池系統(tǒng)用的固體儲能材料——普魯士藍(lán)顆粒。

背景技術(shù)

隨著全球人口的快速增長，現(xiàn)代社會的淡水需求也在同步增加。然而，地球上97％的水為高鹽量、不可食用的海水。迄今為止，反滲透(RO)技術(shù)是當(dāng)前全球商業(yè)海水淡化的代表性技術(shù)，但是，高成本(0.53$/m3)、高耗能(3Wh/L)限制了反向滲透法在許多地區(qū)的使用。因此，將海水高效、節(jié)能地變?yōu)榭衫玫牡蔀橐粋€(gè)急需解決的問題。近年來，一些新興的方法如電滲析、電容去離子法、法拉第去離子法都有不同程度的缺陷。它們或受限于使用過程中的電極容量衰減，或受限于設(shè)備容量過低而無法用于高鹽濃度水(海水)的脫鹽處理，因此，開發(fā)更高效、更具成本效益的電化學(xué)海水淡化技術(shù)至關(guān)重要，該技術(shù)能夠充分發(fā)揮海水淡化能力，同時(shí)能夠利用太陽能和風(fēng)能產(chǎn)生的可再生電力。

隨著淡水需求的增加，全球能源需求也在快速增長。在很大程度上，全球能源生產(chǎn)依賴于不可再生的煤炭和化石燃料來源。將能源生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向太陽能和風(fēng)能等可再生能源需要先進(jìn)的儲能技術(shù)來克服波動的需求和間歇性生產(chǎn)。氧化還原液流電池與傳統(tǒng)的電化學(xué)儲能方法(如鋰離子電池)相比，具有可擴(kuò)展性、價(jià)格和安全性等諸多優(yōu)勢，是目前已實(shí)施的最有前景的商用電網(wǎng)級規(guī)模儲能技術(shù)之一。在過去的幾年中，水系液流電池作為一種儲能裝置已經(jīng)被廣泛研究。其中，pH中性水系液流電池具有穩(wěn)定的循環(huán)性能和非腐蝕性，很容易適應(yīng)耦合的能量存儲和脫鹽功能。此外，通過利用儲能技術(shù)可獲得的“收入”，該系統(tǒng)還可以支付海水淡化成本，同時(shí)使可再生能源的采用率提高。

迄今為止，已報(bào)告的海水淡化液流電池普遍存在實(shí)際的能量存儲和脫鹽通量低的缺點(diǎn)，這主要是由于正負(fù)極電解液中活性物質(zhì)受限于自身溶解度導(dǎo)致液流電池體積容量低，無法實(shí)現(xiàn)高能量存儲和高脫鹽通量，進(jìn)一步限制了海水淡化液流電池的大規(guī)模發(fā)展。因此，迫切需要開發(fā)一種新型高能量密度的海水淡化液流電池體系，在保證液流電池高性能條件下進(jìn)行海水淡化，快速有效提升液流電池體積容量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高脫鹽通量，助推海水淡化液流電池的深化發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，突破現(xiàn)有海水淡化液流電池體系低能量存儲和低脫鹽通量的束縛，本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧化還原靶向反應(yīng)的液流電池技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高脫鹽通量，解決目前海水淡化液流電池體系高能耗、低能量存儲和低脫鹽通量等問題。本發(fā)明通過將傳統(tǒng)的雙室液流電池修改設(shè)計(jì)為雙膜三室液流電池，采用基于氧化還原靶向反應(yīng)的氧化還原液流電池技術(shù)為脫鹽裝置供電，利用內(nèi)部電荷平衡的鹽流來進(jìn)行海水淡化，獲得高質(zhì)量淡水。正極儲液罐中除了正極電解液還設(shè)有固體儲能材料，基于正極活性分子與固體儲能材料之間能斯特電勢差驅(qū)動的單分子氧化還原靶向反應(yīng)提升海水淡化液流電池全電池體積容量的同時(shí)，提高脫鹽通量。用于耦合儲能和海水淡化的雙膜三室液流電池，使海水淡化液流電池在法拉第海水淡化及其他方面具有多個(gè)優(yōu)勢。所采用的的脫鹽方法使用要求低、且對環(huán)境友好，具有可持續(xù)性利用的優(yōu)勢，適用于工廠的規(guī)模生產(chǎn)使用。

預(yù)計(jì)未來基于氧化還原靶向反應(yīng)的液流電池不僅能實(shí)現(xiàn)多用途的海水淡化液流電池，而且可以進(jìn)一步提高海水淡化和儲能的性能。隨著可再生能源產(chǎn)量和淡水短缺需求的增加，該技術(shù)提供了通過單個(gè)裝置同時(shí)解決兩個(gè)問題的可能。