[发明专利]一种采用四硼酸盐为添加剂正极电解液的碱性锌铁液流电池

说明书

本发明公开了一种采用四硼酸盐为添加剂的正极电解液的碱性锌铁液流电池，该碱性锌铁液流电池的正极电解液以由一种或两种以上的亚铁氰根盐作为活性物质，以四硼酸盐等为缓冲溶液添加剂制备而成。该类正极电解液具有制备方法简单，工艺环保等特点。与原单纯由亚铁氰根盐制备的正极电解液相比，该正极电解液具有更高的活性物质浓度与更高的活性物质稳定性，更高的活性物质浓度可有效的提高电解液的电导率，进而提高电池的循环性能与电池效率，同时大幅提高了电池的充放电容量与能量密度；更高的活性物质稳定性可提高电池的长时间循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种采用四硼酸盐为添加剂正极电解液的碱性锌铁液流电池。

背景技术

液流储能电池是一种电化学储能新技术，与其它储能技术相比，具有能量转换效率高、系统设计灵活、蓄电容量大、选址自由、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。碱性体系锌铁液流电池由于安全性高、稳定性好、寿命长(寿命15年)、成本低等优点，被认为是具有很高发展潜力的一种液流储能电池。

电池正负极电解液是液流储能电池中的重要组成部分，它起着储存能量、导通电路，将电能转化为化学能的作用。电解液中活性物质的浓度和电解液的电导率等将直接影响电池的充放电容量和电池性能；因此要求电解液具有较高的活性物质浓度和电导率，同时还应具有较好的化学稳定性和较低的成本。现在国内外碱性体系锌铁液流电池使用的正极电解液大部分由铁氰化物或亚铁氰化物制备而成，其在强碱性环境(pH13)中，会缓慢地分解为氢氧化铁沉淀，造成电解液中活性物质浓度降低，同时沉淀出的氢氧化铁会附着在电极与隔膜表面，增大电池内阻，从而影响电堆的长时间循环稳定性，限制了该体系液流电池的工业化前景。同时，由于正极电解液中的活性物质二和/或三价铁的氰根配合物具有大量的碱金属或碱土金属阳离子，使的正极电解液的渗透压远高于负极电解液，使得电池在长时间运行时正负极电解液迁移严重，影响了电池长时间运行条件下的稳定性。因此，开发具有高浓度、高电导率、高稳定性的正极电解液至关重要。

在碱性体系锌铁液流电池中，正极电解液中的活性物质是铁氰化物或亚铁氰化物，其在强碱性环境(pH13)中，会缓慢地分解为氢氧化铁沉淀，造成电解液中活性物质浓度降低，同时沉淀出的氢氧化铁会附着在电极与隔膜表面，增大电池内阻，从而影响电堆的长时间循环稳定性，限制了该体系液流电池的工业化前景。因而可以通过降添加缓冲溶液的方式来，来调控正极电解液的pH值，以此来提高电解液中活性物质的稳定性。由于四硼酸盐可以有效地将溶液PH值控制在8-11的范围内，因此我们选择在正极电解液中添加其作为缓冲溶液，使得正极电解液中的pH降低，故而可以增加活性物质稳定性。同时由于pH降低，正极活性物质浓度亦可以相应提高，间接提高电解液的电导率与电堆的充放电容量。

由于活性物质浓度大幅增加，导电离子浓度的提高，因而提高了电池的充放电容量和能量密度，提升了碱性体系锌铁液流电池的电池性能。同时由于正极电解液渗透压降低，电解液迁移缓解，因而提高了碱性体系锌铁液流电池的长时间循环稳定性。

发明内容

本发明目的在于克服现有碱性体系锌铁液流电池用正极电解液存在的问题，提供一种新型碱性体系锌铁液流电池用正极电解液。能够在不明显降低电解液稳定性情况下大大提高电解液中活性物质的浓度和电导率，降低电解液的渗透压，从而得到成本极其低廉、性能优异、适合碱性体系锌铁液流电池用的正极电解液。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

所述碱性体系锌铁液流电池的正极电解液为0.5～5mol/L的氢氧化钠和/或氢氧化钾的碱性水溶液；

其中添加有四硼酸盐，通过四硼酸盐的添加量调节正极电解液8pH11

四硼酸根与氢氧根的摩尔比为1:0.5～1:10(优选1:1～1:5)。

所述四硼酸盐包括四硼酸钾、四硼酸钠等的一种或两种以上。