[发明专利]基于盐穴的水相体系有机液流电池系统

说明书

本发明公开了一种基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，包括：两个电解液储液库，电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴，溶腔内有电解液，电解液包括正极活性物质、负极活性物质和支持电解质，正极活性物质为亚铁氰化钾或钠/铁氰化钾或钠类化合物；负极活性物质为咯嗪类化合物或核黄素及其衍生物，正极活性物质和负极活性物质以本体形式直接溶解或分散在以水为溶剂的体系中，支持电解质溶解于体系中；液流电池堆，液流电池堆分别与两个电解液储液库连通。该基于盐穴的水相体系有机液流电池系统不仅具有成本低、安全性能高、充放电性能稳定、活性材料溶解度高等优点，还能够解决大规模电化学能源储存，充分利用一些废弃的盐穴资源。

技术领域

本发明属于液流电池领域，具体涉及一种基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，该系统可应用于大规模化学储能。

背景技术

随着人类经济快速发展，环境污染和能源短缺等问题日益加剧，促使世界各国广泛得开发利用风能、太阳能、潮汐能等可再生能源。然而这些可再生能源具有不连续、不稳定、受地域环境限制和并网难的特性，导致其利用率低，弃风弃光率高，浪费资源。因此需要大力发展可与其配合使用的高效、廉价、安全可靠的储能技术。

在各种电化学储能策略中，相对于静态电池比如锂离子电池和铅酸电池，液流电池(Redox Flow Batteries,RFBs)有几个特别的技术优点，最适于大规模(兆瓦/兆瓦时)的电化学能源储存，比如相对独立的能量和功率控制、大电流大功率运行(响应快)、安全性能高(主要是指不易燃烧和爆炸)等。目前国内很流行的一个储能项目就是钒液流电池，中国是钒矿的自然储存大国，短期而言，用于钒液流电池的钒原料不是问题。但考虑到全球范围内有限的钒矿资源以及高的钒矿价格(V₂O₅， $20/kg)，钒液流电池的普及和长期使用都很难实现。钒液流电池以及锌溴液流电池都是传统的液流电池技术，存在一些技术缺陷：比如活性物质在电极间的穿梭效应导致的自放电以及库伦效率低；腐蚀性电解液不环保以及安全隐患。钒液流电池的成本大概是$450/千瓦时，美国能源部推荐的电化学储能的普及价格要在$150/千瓦时以下，这就意味着要开发高性能、经济适用的全新液流电池技术。

盐穴是利用水溶方式开采盐矿后留下的地下洞穴，形状与大小根据不同的地质条件而定，体积巨大且密封良好，体积一般在10⁷～10⁸m³之间，因此，盐穴提供了一个巨大而安全的地下空间用于储存电解液，盐穴主要被用来储存天然气与石油，但是目前国内很多盐穴因为其技术指标无法达到储油或者储气的技术要求，基本处于空置状态。而利用盐穴来储存水相体系的电解液对盐穴的密封性、抗压性及稳定性方面要求较低。因此，利用盐穴来储存电解液可充分实现盐穴的综合利用。但是，针对适用于盐穴体系(利用原位生成的电解液)的电池系统仍需要开发。

目前水相液流电池仍然面临着一些挑战，如活性材料(有机物)溶解度有限、电解液易交叉污染、操作电流密度低、易发生水电解副反应等。因此，开发克服以上缺点，并且可以潜在应用于大规模盐穴水相体系液流电池是非常重要的。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种基于盐穴的水相体系有机液流电池系统，该基于盐穴的水相体系有机液流电池系统具有成本低、安全性能高、充放电性能稳定，活性材料溶解度高等优点。