[发明专利]基于CrIII/CrVI氧化还原电对的高功率氧化还原液流电池及其介导的再生

权利要求书

1.一种包含电化学电池的可再充电氧化还原液流电池，所述电化学电池包括：

至少一个正半电池中的正电极和负半电池中的负电极，

两个半电池之间的离子传导膜，其中所述膜设计用于双酸性阳极电解液和阴极电解液，或设计用于酸性阳极电解液和碱性阴极电解液；

至少两个用于阴极电解液和阳极电解液的储罐，

一个或多个分别通过阴极半电池和阳极半电池循环储存的阴极电解液和阳极电解液的泵，以及

至少一种阳极电解液和至少一种阴极电解液；

其中，

所述阳极电解液包含至少一种能够可逆氧化的燃料，至少一种用于导电性的电解质和至少一种溶剂；并且

所述阴极电解液包含Cr^III/Cr^VI氧化还原电对，至少一种用于导电性的电解质，至少一种溶剂和至少一种电化学可逆的电子介体；

并且进一步地其中

所述电子介体能够使用溶液中的EC_催化机制将Cr^III均匀氧化成Cr^VI。

2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池，其中，所述电子介体具有+0.980至+1.800V的标准电极电位(E⁰)。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的氧化还原液流电池，其中，所述电子介体选自由以下组成的组：

Ce⁴⁺/Ce³⁺；

Ru(bipy)₃³⁺/Ru(bipy)₃²⁺，其中bipy是2,2'-联吡啶和/或由一个或多个选自由氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基、氟代芳基、氰基、烷氧基、羧基、-OC(＝O)R⁰、-SO₃^2-、-SO₂X或-C(＝O)-X组成的组的取代基取代的2,2'-联吡啶，其中X是氢、C₁-C₆烷基、-OR¹、氟代烷基或-NR²R³，其中R⁰、R¹、R²和R³各自独立地是氢、C₁-C₆烷基、C₅-C₇环烷基、氟代烷基、苯基、取代的苯基，其中所述苯基的取代基是C₁-C₆烷基或C₁-C₆烷氧基、氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基或氰基，条件是可选地取代的2,2'-联吡啶具有比E⁰＝+1.24V相对NHE更正的还原电位；

Ru(phen)₃³⁺/Ru(phen)₃²⁺，其中phen是1,10-菲咯啉和/或由一个或多个选自由氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基、氟代芳基、氰基、烷氧基、羧基、-OC(＝O)R⁰、-SO₃^2-、-SO₂X或-C(＝O)-X组成的组的取代基取代的1,10-菲咯啉，其中X是氢、C₁-C₆烷基、-OR¹、氟代烷基或-NR²R³，其中R⁰、R¹、R²和R³各自独立地是氢、C₁-C₆烷基、C₅-C₇环烷基、氟代烷基、苯基、取代的苯基，其中所述苯基的取代基是C₁-C₆烷基或C₁-C₆烷氧基、氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、全氟代烷基、氟代烷氧基、氰基，其中可选地取代的1,10-菲咯啉具有比E⁰＝+1.20V相对NHE更正的还原电位；

Fe(phen)₃³⁺/Fe(phen)₃²⁺，其中phen是1,10-菲咯啉和/或由一个或多个选自由氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基、氟代芳基、氰基、烷氧基、羧基、-OC(＝O)R⁰、-SO₃^2-、-SO₂X或-C(＝O)-X组成的组的取代基取代的1,10-菲咯啉，其中X是氢、C₁-C₆烷基、-OR¹、全氟烷基或-NR²R³，其中R⁰、R¹、R²和R³各自独立地是氢、C₁-C₆烷基、C₅-C₇环烷基、氟代烷基、苯基、取代的苯基，其中所述苯基的取代基是C₁-C₆烷基或C₁-C₆烷氧基、氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基、氰基，其中可选地取代的1,10-菲咯啉具有比E⁰＝1.15V相对NHE更正的还原电位；

Fe(bipy)₃³⁺/Fe(bipy)₃²⁺，其中bipy是2,2'-联吡啶和/或由一个或多个选自由氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基、氟代芳基、氰基、烷氧基、羧基、-OC(＝O)R⁰、-SO₃^2-、-SO₂X或-C(＝O)-X组成的组的取代基取代的2,2'-联吡啶，其中X是氢、C₁-C₆烷基、-OR¹、氟代烷基或-NR²R³，其中R⁰、R¹、R²和R³各自独立地是氢、C₁-C₆烷基、C₅-C₇环烷基、氟代烷基、苯基、取代的苯基，其中所述苯基的取代基是C₁-C₆烷基或C₁-C₆烷氧基、氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基或氰基，其中可选地取代的2,2'-联吡啶具有比E⁰＝+1.03V相对NHE更正的还原电位；

Fe(PR₃)₅³⁺/Fe(PR₃)₅²⁺，其中R选自由氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基、氟代芳基、氰基、烷氧基、羧基、-OC(＝O)R⁰、-SO₃^2–、-SO₂X或-C(＝O)-X组成的组，其中X是氢、C₁-C₆烷基、-OR¹、氟代烷基或-NR²R³，其中R⁰、R¹、R²和R³各自独立地是氢、C₁-C₆烷基、C₅-C₇环烷基、氟代烷基、苯基、取代的苯基，其中所述苯基的取代基是C₁-C₆烷基或C₁-C₆烷氧基、氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基、氰基，优选地R是五氟苯；

Fe(CO)_x(PR)_5-x³⁺/Fe(CO)_x(PR)_5-x²⁺，其中R选自由氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基、氟代芳基、氰基、烷氧基、羧基、-OC(＝O)R⁰、-SO₃^2–、-SO₂X或-C(＝O)-X组成的组，其中X是氢、C₁-C₆烷基、-OR¹、氟代烷基或-NR²R³，其中R⁰、R¹、R²和R³各自独立地是氢、C₁-C₆烷基、C₅-C₇环烷基、氟代烷基、苯基、取代的苯基，其中所述苯基的取代基是C₁-C₆烷基或C₁-C₆烷氧基、氟基、氯基、溴基、羟基、硝基、氟代烷基、氟代烷氧基、氰基，优选地R是五氟苯；并且其中x为1至4；

Fe(CO)_x³⁺/Fe(CO)_x²⁺，其中x为1至4；

Cr(η6-C₆R_xH_6-x)₂，其中R是磺酸根(-SO₃^–)且x＝0至6；

Cr(CO)₄(P(OC₆R_xH_5-x)₃)₂，其中R是磺酸根(-SO₃^–)且x＝0至5；

Cr(CO)₄(P(OCH₂R)₃)₂，其中R是磺酸根(-SO₃^–)或羟基(-OH)；

以及它们的混合物。