[发明专利]一种喋啶类水系有机氧化还原液流电池

说明书

本发明公开了一种喋啶类水系有机氧化还原液流电池，以含有喋啶结构式的有机分子作为负极；以亚铁氰化钾、TEMPO或苯醌磺酸钾作为正极；酸溶液、碱溶液和盐的水溶液中的一种或多种混合作为电解质；以全氟磺酸‑聚四氟乙烯共聚物膜作为离子交换膜隔膜；以两片铜板作为电池的集流体；以开有流道的石墨板作为正极和负极的流场板；以碳纸、石墨毡或金属电极作为电池的电极；该喋啶类水系有机氧化还原液流电池具有功率能量设计灵活性、低成本、可规模化组装应用等优点，非常适用于大规模储能应用。

技术领域

本发明属于大规模储能领域，特别涉及一种喋啶类水系有机的氧化还原液流电池。

背景技术

自从第一次工业革命以来，化石能源如石油，煤炭等不可再生资源的消耗逐年增加，在带来日益严峻的能源危机的同时，其中所含硫化物，氮氧化物以及温室气体对地球带来的环境破坏以及温室效应已经成为人们不得不面对的危机。风能，潮汐能和太阳能等清洁可再生资源的利用和收集被视为解决这一问题的方案，然而这些能源的间歇性和时空的不确定性以及在峰值和谷值的电流巨大波动性对电网的冲击则阻碍了将这些能源技术的进一步发展和利用。氧化还原液流电池被视为解决这一问题的方案，作为一种低成本，安全，高效的能量存储装置，其可在峰值将风能，太阳能储存起来，然后在谷值将能量释放，从而为这些新能源技术并入智能集成电网提供了可能。

典型的液流电池包括几个主要组成部分：储液罐，电池堆和泵。液流电池的活性物质储存在储液罐中，通过泵的驱动达到电池堆，并在电池堆发生氧化还原反应，电子通过集流体流向外电路，通过对其的规模化生产，液流电池的电池组的能量可达到兆瓦级，适合用于大规模储能技术。

现有的液流电池技术中，已达到商业化应用级别的主要为全钒液流电池和锌溴液流电池，但其中金属离子对于膜的穿梭效应导致电池的效率降低以及容量衰退，此外，其中所用酸性电解质以及溴的水溶液会对储液罐及管道具有腐蚀作用同时该装置的安全性能也有待于进一步的提升。

对于水系有机氧化还原液流电池，其优势在于：1.该电池的能量和功率可灵活设计和调整。其能量密度取决于储液罐的体积，其体积越大，所装溶液越多，则能量越多；而功率密度则取决于电池堆的面积大小，其面积越大，则其所允许的电流越大，在电压固定的情况下，输出功率也就越大。电池堆和储液罐互相独立，可根据实际情况灵活设计电池结构，调控功率和能量要求。2.相较于传统的贵金属离子液流电池如全钒液流电池和铁镉液流电池，有机活性物质由于其元素来源于自然界中丰富存在的碳，氮，氧，硫等元素，成本可大幅降低，适合用于大规模储能。3.对于水系液流电池而言，由于所用电解质为水溶液，相较于有机溶剂，更加安全和环保。在遇到碰撞和高温时，不易燃烧，更加安全，适合于居民区和住宅的储能应用4.对于有机分子而言，其结构具有多样性，通过在核心结构上接枝官能团以及对其官能团进行修饰，可极大的改善该活性物质的电极电势和溶解性，最终改善电池的工作电压和能量密度。

近年来，苯醌类，TEMPO类，紫罗碱类，嗪类，二茂铁类活性物质已被报道用于水系有机液流电池，并表现出较好的电化学性能。

而将喋啶类活性分子作为水系有机液流电池的负极，并未报道。

发明内容

本发明提供的一种喋啶类水系有机氧化还原液流电池，解决了现有的液流电池的成本过高，同时，现有技术中尚未利用喋啶类活性物质组装高电压水系有机液流电池。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种喋啶类水系有机氧化还原液流电池，以含有喋啶结构式的有机分子作为负极；以亚铁氰化钾、TEMPO或苯醌磺酸钾作为正极；酸溶液、碱溶液和盐的水溶液中的一种或多种混合作为电解质；以全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物膜作为离子交换膜隔膜；以两片铜板作为电池的集流体；以开有流道的石墨板作为正极和负极的流场板；以碳纸、石墨毡或金属电极作为电池的电极。

优选地，含有喋啶结构式的有机分子在电解质中的溶解度为0.1～10mol/L。