[发明专利]一种碱性锌基液流电池用负极电解液及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种碱性锌基液流电池用负极电解液及其制备和应用，负极电解液为锌前驱体、有机添加剂和强碱共混合形成的超分子配合物溶液；所述有机添加剂为小分子糖类、小分子醇类或两者的复合物，应用于碱性锌基液流电池中有效地抑制了碱性锌基液流电池因正、负极电解液渗透压不一致而导致的电解液迁移，极大地降低了电池实际使用过程中电解液的维护成本。

技术领域

本发明涉及碱性锌基液流电池电化学储能领域，具体涉及一种碱性锌基液流电池用负极电解液。

背景技术

液流电池是一种电化学储能新技术，与其它储能技术相比，它具有系统设计灵活、蓄电容量大、选址自由、能量转换效率高、可深度放电、安全环保、维护费用低等优点，可以广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电储能、应急电源系统、备用电站和电力系统削峰填谷等方面。全钒液流电池(VFB)因其安全性高、稳定性好、效率高、寿命长(寿命15年)、成本低等优点，被认为具有良好的应用前景，但VFB的电解液价格昂贵，这在一定程度上限制了其大规模应用。碱性锌基液流电池是一种新型的低成本，开路电压较高的液流电池，目前已经在大规模应用中展现了良好的前景。

例如现有的碱性锌铁液流电池正极电解液采用亚铁氰化物的碱性溶液，负极电解液采用锌盐或锌的氧化物在强碱中溶解后的溶液，这种电解液体系的电池在运行过程中由于正、负极电解液渗透压不一致，离子迁移引起的水迁移不可逆，造成电解液迁移严重，从而导致电池电压效率下降，进而导致电池能量效率衰减，这样就大大增加了电池的维护成本。同时碱性锌铁液流电池充放电过程中负极侧在电极上发生锌的沉积溶解，在高电流密度条件下运行时会产生严重的锌枝晶或类枝晶状沉积物，不断生长的枝晶会刺穿隔膜，造成电池短路。

发明内容

为解决上述技术问题，开发一种低成本、结构简单、性能优异的碱性锌基液流储能电池尤为重要，为达到上述目的，具体技术方案如下：

本发明一方面提供一种碱性锌基液流电池用负极电解液，负极电解液为锌前驱体、有机添加剂和强碱共混合形成的超分子配合物溶液；所述有机添加剂为小分子糖类、小分子醇类或两者的复合物，其中小分子糖类为：葡糖糖、果糖、乳糖、麦芽糖、蔗糖；小分子醇类为：甘露醇、山梨醇、木糖醇、丙三醇、季戊四醇、乙二醇；所述添加剂为两者复合物时，所述小分子糖类与小分子醇类的质量比为1：99-99：1。

所述锌前驱体为锌盐或/和锌的氧化物；所述锌前驱体在强碱中溶解后生成的Zn(OH)₄^2-的摩尔浓度为0.0001～2mol/L；所述有机添加剂的摩尔浓度为0.0001～1.5mol/L；所述强碱的摩尔浓度为0.0001～5mol/L。

电池包括一节单电池或二节及二节以上单电池串/并联而成的电池模块、装有正、负极电解液的储液罐、循环泵和循环管路，所述单电池包括正极集流板、负极集流板、正极、负极、离子传导膜。电极为碳毡或碳纸；

碱性锌铁液流电池正极采用亚铁氰化物与强碱的混合水溶液；正极电解液中亚铁氰化物的浓度为0.0001～1mol/L，优选0.1～0.8mol/L；强碱的浓度为0.0001～5mol/L；

所述的亚铁氰化物包括亚铁氰化钾、亚铁氰化钠、亚铁氰化锂、亚铁氰化镁或亚铁氰化钙中的一种或一种以上。

基于以上技术方案，优选的，所述负极电解液还包括辅助电解质；所述辅助电解质为可溶性盐；所述辅助电解质为氯化钾、硫酸钠、氯化钠、氯化铵、醋酸铵、硫酸钾至少一种，以提高电解液的电导率；所述的辅助电解质的浓度为0.001～5mol/L。

基于以上技术方案，优选的，所述锌前驱体为氯化锌、溴化锌、碘化锌、硫酸锌、硝酸锌、碳酸锌、氧化锌中至少一种。

基于以上技术方案，优选的，所述强碱为氢氧化钠、氢氧化锂或氢氧化钾中的至少一种。