[发明专利]A21型号高能量密度电池及其正负极电解液和制备方法

说明书

本发明涉及一种A₂₁型号高能量密度电池及其正负极电解液和制备方法，属于电化学领域，可广泛应用于新能源大规模储能。本发明的A₂₁型号高能量密度电池中所述负极电解液的活性物质为K₃Fe(CN)₆，其恒定pH以六亚甲基四胺‑盐酸来维持；正极电解液活性物质为Fe(5m5’hbpy)₃Cl₂，其恒定pH以氨基乙酸‑盐酸来维持；正负极固态储能材料均为普鲁士蓝Fe₄[Fe(CN)₆]₃；通过中间体K₃Fe(CN)₆与Fe(5m5’hbpy)₃Cl₂的氧化还原来实现电子/电荷在正负电极与固体储能材料Fe₄[Fe(CN)₆]₃之间的传递。其能量密度可达现有全钒液流电池的2倍以上，但活性材料成本只有它的十分之一。

技术领域

本发明涉及一种A₂₁型号高能量密度电池及其正负极电解液和制备方法，属于电化学领域，可广泛应用于新能源的大规模储能。

背景技术

广泛地利用太阳能、风能等可再生能源来取代化石能源是避免温室效应灾难性后果的最佳策略之一。然而太阳能和风能的间歇性对电网的安全管理带来了巨大挑战。智能电网的发展需要一种可靠的储能装置来调节功率的输入输出，以达到最高的能量利用效率。在各种大规模能量储存方案中，抽水储能和压缩空气储能具有最好的成本效益，但是二者需要特殊的地理和地质要求。除此二者之外，液流电池以其响应速度快、可快速充放电和安全性能高等优点成为最具发展潜力的大规模储能装置之一。液流电池的活性物质溶解在电解液中；在泵的推动下，电解液循环流动于储液罐与电极室之间。这种结构特点使液流电池的功率与容量相互独立，可以显著地提高系统设计的灵活性，有利于满足客户不同的需求。但液流电池的低能量密度和低成本效益成了阻碍它广泛商业化应用的两大因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种A₂₁型号高能量密度电池及其正负极电解液和制备方法，克服现有液流电池的不足之处，实现液流电池高能量密度和低成本化目标。

本发明的A₂₁型号高能量密度电池是在现有液流电池的基础上改进而成，主要由负极、负极电解液、负极固体储能材料、正极、正极电解液、正极固体储能材料和离子交换膜(隔膜)组成的多节电池单体联成的电堆，负极固体储能材料置于负极罐中，由泵来进行负极电解液的输送，正极固体储能材料置于正极罐中，由泵来进行正极电解液的输送。电堆中的负极室用电解液导管与负极罐、负极电解液输送泵连成回路，负极电解液在该回路中循环流动。电堆中的正极室通过电解液导管与正极罐、正极电解液输送泵连成回路，正极电解液在该回路中循环流动。

本发明的A₂₁型号高能量密度电池，关键在于所述负极电解液的活性物质为K₃Fe(CN)₆，其恒定的pH以六亚甲基四胺-盐酸来维持，且与之对应的负极固态储能材料为普鲁士蓝Fe₄[Fe(CN)₆]₃；正极电解液活性物质为Fe(5m5’hbpy)₃Cl₂，其恒定的pH以氨基乙酸-盐酸来维持，且与之对应的正极固态储能材料为普鲁士蓝Fe₄[Fe(CN)₆]₃；通过中间体K₃Fe(CN)₆与Fe(5m5’hbpy)₃Cl₂的氧化还原来实现电子/电荷在正负电极与固体储能材料Fe₄[Fe(CN)₆]₃之间的传递。

负极电解液的pH为5.0—7.0；正极电解液的pH为1.5—2.5。