[发明专利]一种碱性液流电池正极电解液

说明书

本发明提供一种碱性液流电池正极电解液，所述碱性液流电池正极电解液由钴盐、络合剂及强碱形成，通过络合的方式，将钴离子络合后首次应用于碱性体系，并在碱溶液中可稳定存在，同时具有较好的活性和可逆性。通过与相应的负极电对配对形成碱性钴基液流电池体系。该碱性钴基液流电池具有电池效率高、能量密度高的特点，在储能领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，特别涉及一种碱性液流电池正极电解液。

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，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)由于安全性高、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的电解质溶液价格较贵，这在一定程度上限制了其大规模应用。因此开发性能优异，成本低廉的电化学储能电池对可再生能源普及应用非常重要。

除了全钒液流电池以外，目前发展较为成熟的液流电池主要还有锌溴液流电池、多硫化钠溴和锌镍电池体系。其中锌溴液流电池和多硫化钠溴电池由于正极侧电解液在充电时会生成溴单质而造成环境污染，制约了其大规模应用。现有的各种锌-金属液流电池，包括锌镍液流电池(碱性)，碱性锌铁液流电池等。对于碱性锌镍液流电池，商业化的烧结镍面容量受限，电池充放电运行过程中，镍正极发生的是氢氧化镍到羟基氧化镍的固-固相反应，镍正极析氧副反应严重，电对活性较低，导致电池的运行工作电流密度偏低；此外，锌镍电池体系的电解液需用10～14mol L^-1的强碱作为支持电解质，这种高浓度的碱溶液对设备腐蚀严重。各种锌-金属液流电池，包括锌镍液流电池(碱性)，碱性锌铁液流电池等，对于碱性体系，大部分金属离子无法在碱溶液中稳定性存在，金属离子会与碱生成沉淀，如二价、三价铁离子遇碱沉淀；二价、三价的钴离子遇碱沉淀，无法作为液流电池的活性物质。因此，钴离子一般用作中性或弱酸性的水系电对或以茂金属的形式用作有机体系的负极电对(EnergyEnvironmental Science,2017,10(2):491-497)。与碱性锌铁液流电池正极铁电对类似，通过氰根将铁离子络合后形成稳定的铁氰化物，使其可在碱中稳定存在，但在强碱溶液中，铁氰化物中的氰根易被氢氧根离子取代，导致铁氰化物在强碱溶液中的稳定性较差。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开一种具有高循环稳定性和高能量密度和电池性能的碱性钴基液流电池。

本发明提供一种碱性液流电池正极电解液，具体技术方案如下：

所述的液流电池正极电解液包括强碱A和活性物质，以钴盐与络合剂形成的络合物作为正极电解液的活性物质；钴盐为二价钴盐或二价钴盐和三价钴盐的混合物。

基于以上技术方案，优选的，所述二价钴盐为CoF₂，CoCl₂，CoBr₂，CoI₂，CoO，Co(OH)₂，CoCO₃，Co(NO₃)₂，CoSO₄中的一种或两种；所述三价钴盐为CoF₃，CoCl₃，CoBr₃，CoI₃，Co₂O₃，Co(OH)₃，Co₂(CO₃)₃，Co₂(NO₃)₃，Co₂(SO₄)₃中的一种或两种；二价钴盐是必须的，电池首次运行充电时，正极电解液中的二价钴的络合物被氧化为三价钴的络合物，具体电化学反应方程式如下：