[发明专利]用于电池应用的氧化还原液流电池和化合物

说明书

本公开涉及有机电解质溶液，所述有机电解质溶液包含有机电解质(例如，芳族酰亚胺、二茂铁、螺环稠合化合物或环丙烯鎓化合物)；以及包含所述有机电解质溶液的氧化还原液流电池和体系。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年8月17日提交的美国临时申请号62/546,967和2017年10月19日提交的美国临时申请号62/574,590的优先权，这些美国临时申请的内容以其整体以引用方式并入，并且要求这些美国临时申请优先权。

授权信息

本发明是在国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)授予的DMR-1420634的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

背景技术

本公开涉及有机电解质溶液、包括所述有机电解质溶液的氧化还原液流电池和体系。

包括太阳能和风力发电在内的某些类型的可再生能源发电可能是间歇性的。至少部分地由于这些能量源的间歇性，需要有效且耐用的能量存储设备来存储从此类能量源产生的功率。

氧化还原液流电池(RFB)是一种适用于存储从可再生能源产生的功率的能量存储设备。RFB包括具有存储电解质的电池，所述存储电解质可溶解在溶剂中、可存储在储槽中并泵送通过电化学电池。在此类电池中，功率和容量可以独立地去耦和变化。例如，可以通过调节电池堆来选择功率，并且可以通过调节储槽的大小来选择存储容量。

然而，仍然需要用于具有改进的稳定性并具有适于存储从可再生能源产生的功率的特性的RFB的技术和体系。

发明内容

本公开提供了包含改进的有机化合物的有机电解质溶液、包含所述有机电解质溶液的氧化还原液流电池和体系。

在一个方面中，本公开提供了一种电解质溶液，所述电解质溶液包含溶剂和电解质，所述电解质是芳族酰亚胺、二茂铁衍生物、环丙烯鎓化合物，或它们的组合，其中所述电解质可溶于所述溶剂中。

在某些实施方案中，芳族酰亚胺是苝二酰亚胺(PDI)的衍生物、萘二酰亚胺的衍生物，或它们的组合。

在某些实施方案中，电解质是苝二酰亚胺三氟甲烷磺酰亚胺([PDI][TFSI]₂)。在某些实施方案中，电解质是四茂铁([Fc₄])。在某些实施方案中，环丙烯鎓化合物是二甲基哌啶环丙烯鎓。

在某些实施方案中，所述溶剂是非水溶剂。在某些实施方案中，非水溶剂选自二甲基乙酰胺、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、乙腈、γ-丁内酯(GBL)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、氟代碳酸乙烯酯和N,N-二甲基乙酰胺。

在某些实施方案中，所述溶剂是水性溶剂。在某些实施方案中，所述水性溶剂包括水。在某些实施方案中，所述水性溶剂还包括选自NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2和LiCl的盐。

在另一方面中，本公开提供了一种氧化还原液流电池，所述氧化还原液流电池包括具有阴极电解质的阴极单元；以及具有阳极电解质的阳极单元，其中所述阴极电解质和所述阳极电解质中的至少一者包含本文所公开的有机电解质溶液。

在某些实施方案中，阳极电解质包含PDI衍生物，并且阴极电解质包含二茂铁衍生物。在某些实施方案中，阳极电解质包含[PDI][TFSI]₂，并且阴极电解质包含[Fc₄]。在某些实施方案中，阳极电解质包含[PDI][TFSI]₂，并且阴极电解质包含二甲基哌啶环丙烯鎓。