[发明专利]一种低温非水系对称有机液流电池

说明书

本发明涉及一种低温非水系对称有机液流电池，克服了液流电池在寒冷地区应用的局限性，以及非水系有机液流电池存在活性材料溶解度低、电解液易交叉污染、操作电流密度低的问题。所述液流电池以低凝固点宽电化学窗口有机溶剂配制电解液，使液流电池可以在低温环境中工作；卟啉类活性材料@导电剂的悬浮电解质溶液，提高了卟啉类活性材料在电解质溶液中的浓度及电解质溶液的导电性，进而提高了液流电池的操作电流密度；根据孔径筛分原理制备高离子电导率的离子选择膜，克服了电解液的交叉污染，提高了液流电池的操作电流密度。本发明所述的低温非水系对称有机液流电池具有高开路电压，高能量密度，高库伦效率，高循环稳定性的特点。

技术领域

本发明涉及一种可应用于低温环境的液流电池，属于液流电池领域。

背景技术

液流电池作为大规模能量存储技术已广泛用于可再生新能源的存储。应用于液流电池的有机活性材料与无机活性材料相比，具有来源丰富、可持续、多样性、价格低廉等优点，已得到广泛的关注。水系有机液流电池由于具有不易燃，操作电流密度大等优点已取得一些研究成果。然而，由于水的电化学窗口较窄，限制了液流电池的电压，更重要的是水系电解液的凝固点也限制了液流电池在寒冷地区的应用。

可再生新能源尤其是风能在寒冷地区的分布是非常丰富的。因此，开发可以在寒冷地区用于大规模储能设备的液流电池是至关重要的。非水系液流电池使用有机溶剂，电化学窗口较宽且电化学稳定性好，而且通常有机溶剂的凝固点低于水，因此非水系液流电池在寒冷地区更具应用前景。

非水系有机液流电池仍面临着一些挑战，如活性材料溶解度有限、电解液易交叉污染、操作电流密度低。因此，开发克服以上缺点，并且可应用于低温环境的非水系有机液流电池是非常重要的。

发明内容

为了克服液流电池在寒冷地区应用的局限性，以及目前非水系有机液流电池存在的活性材料溶解度低、电解液易交叉污染、操作电流密度低的问题，本发明设计并构建了一种可以在低温环境中工作的非水系对称有机液流电池，该电池不仅可以应用在寒冷的环境中，而且提高了活性分子的浓度，电池的操作电流密度，解决了电解液交叉污染的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种低温非水系对称有机液流电池，其特征在于具有双极性卟啉类电解质溶液，所述双极性电解质溶液包括活性材料、支持电解质、有机溶剂。使用双极性的卟啉类分子作为活性材料可以构建对称结构的液流电池，对称结构的液流电池由于具有相同的正负极电解质溶液，使得电解质溶液之间的穿梭效应不会造成污染；另外选用低凝固点、宽电化学窗口的有机溶剂作为支持电解质的溶剂，确保了非水系液流电池的开路电压和低温可应用性。

所述活性材料为卟啉或金属卟啉中的一种或两种以上，活性材料浓度为1-1000mg/mL。所述卟啉或金属卟啉结构如下所示：

其中M为Fe,Co,Ni,Mn,Zn,或Cr，R₁,R₂,R₃,R₄为H,OCH₃,F,Cl,COOCH₃,CN,NO₂中的一种或两种以上，R₁,R₂,R₃,R₄可以相同也可以不同。

进一步的，所述支持电解质包括四丁基高氯酸铵、四氟硼酸铵、氯化铵(NH₄Cl)、四丁基六氟磷酸铵中的一种或两种以上，浓度为0.01-5mol/L。

进一步的，所述有机溶剂包括DMAc、CH₂Cl₂、DMF、乙腈、NMP、苯中的一种或两种以上。

进一步的，所述电解质溶液为卟啉类活性材料@导电剂的悬浮电解质溶液。