[发明专利]一种有机聚合物液流电池系统

说明书

本发明公开了一种有机聚合物液流电池系统，包括：两个电解液储液库，间隔开分布，每个电解液储液库的溶腔内储存有电解液，一电解液储液库内的电解液内具有正极活性物质，正极活性物质为TEMPO功能化有机聚合物，另一电解液储液库内的电解液内具有负极活性物质，负极活性物质为紫罗碱功能化有机聚合物，正极活性物质和负极活性物质以本体形式直接溶解或分散在以水为溶剂的体系中且分别存储于对应的电解液储液库中；液流电池堆，与电解液储液库连通，电解液被输入或者输出电解液储液库以进行氧化还原反应。该有机聚合物液流电池系统适用于利用原位生成的电解液的电池环境，具有成本低、充放电性能稳定和活性材料溶解度高等优点。

技术领域

本发明属于液流电池技术领域，具体涉及一种有机聚合物液流电池系统。

背景技术

能源是人类生存和发展的重要物质基础，是事关国计民生的战略性资源。随着社会的不断发展，能源问题、环境问题日益严重，发展新能源成了研究热点。

液流电池由于其能量、功率分开设计，安全性高，循环寿命长等特点已经成为大规模储能技术中最有前景的技术之一。利用化学电源进行储电，不受地理条件限制，易于实现规模储能，具有重大的社会经济价值。以无机物作为活性物质的传统的液流电池虽然现在蓬勃发展，但由于其昂贵的电池成本、电化学活性低等问题，令其走向大规模储能将会面临诸多挑战和不确定性因素。有机物含有C、H、O、N等丰富元素，原材料来源广泛且价格低廉。同时，有机物可通过接入官能团来改变溶解度、氧化还原电位和空间位阻等性质，将有机活性物质代替传统的金属和卤素等活性物质，可以显著地提高液流电池的能量密度和开路电压，大大增强液流电池的稳定性。另外，有机活性物质可以通过一种低碳排放的方式实现绿色电池循环。

聚合物具有良好的稳定性和多样化的设计性，为解决传统液流电池稳定性差、能量效率低、对环境有污染等难题，近几年作为液流电池的活性物质被广泛研究，即需要设计引入具有优异的电化学活性的聚合物作为氧化还原电对，得到具有稳定性强、安全性好、配置灵活、响应速度快、绿色环保等突出优势的有机聚合物氧化还原液流电池，为大规模的电化学储能技术的应用提供了有力的支撑。同时，引入大分子聚合物，用更经济、对尺度敏感的透析膜和微孔膜替代价格高昂的Nafion离子交换膜，即可有效防止离子间的交叉污染，大大降低了液流电池的成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种有机聚合物液流电池系统，该有机聚合物液流电池系统能够适用于利用原位生成的电解液的电池环境，具有成本低、活性材料易制备、安全性能高、能量密度高、充放电性能稳定和活性材料溶解度高等优点。

根据本发明实施例的有机聚合物液流电池系统，包括：两个电解液储液库，两个所述电解液储液库间隔开分布，每个所述电解液储液库的溶腔内储存有电解液，一所述电解液储液库内的电解液内具有正极活性物质，所述正极活性物质为TEMPO功能化有机聚合物，另一所述电解液储液库内的电解液内具有负极活性物质，所述负极活性物质为紫罗碱功能化有机聚合物，所述正极活性物质和所述负极活性物质以本体形式直接溶解或分散在以水为溶剂的体系中且分别存储于对应的所述电解液储液库中，所述体系中还溶解有支持电解质；液流电池堆，所述液流电池堆与所述电解液储液库连通，所述电解液被输入或者输出所述电解液储液库以进行氧化还原反应；其中，所述TEMPO功能化有机聚合物的化学结构式为：

其中，TEMPO作为最主要的氧化还原活性位点，利用聚合物上所连接的磺酸基增加溶解度；

所述紫罗碱功能化有机聚合物的化学结构式为：

其中，紫罗碱作为主要的氧化还原活性位点，利用聚合物上所连接的季铵盐增加溶解度。