[发明专利]一种水系中性哌啶氮氧自由基类有机液流电池电解液、电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种水系中性哌啶氮氧自由基类有机液流电池电解液、电池及制备方法，所述电解液由包合物及支持电解质溶液组成，包合物由有机电解质客体和包合所述有机电解质客体的包合物主体组成，包合物主体为以多个葡萄糖单元连接而成的外部亲水、内部疏水且具有空腔的环状高分子，有机电解质客体为在水中溶解度小或几乎不溶的带有负电荷基团的有机电解质；所述电池包括单体电池和两个以上的单体电池组成的电堆，单体电池的正极电解液采用水系中性哌啶氮氧自由基类有机液流电池电解液。本发明无须经过化学修饰改性，就能提高有机电解质的溶解性，最终提高液流电池的稳定性和能量密度。

技术领域

本发明属于大规模储能领域，具体涉及一种水系中性哌啶氮氧自由基类(2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy radical)有机液流电池电解液、电池及制备方法。

背景技术

储能技术是智能电网的重要环节，是智能电网关键支撑技术之一。可再生能源发电的快速发展，给储能产业带来了新的发展机遇。但其具有随机性、间歇性和波动性的特点，大规模接入时将给电网调峰、运行控制和供电质量等带来巨大挑战。因此，发展低成本、高性能的大规模化储能技术，有望提升电网接纳清洁能源的能力，解决大规模可再生能源接入带来的电网安全稳定问题。

水系液流电池由于具有高安全性、快速响应及长寿命等特点，在大规模储能领域具有很好的发展前景。新兴的水系有机液流电池因其有机氧化还原活性物质具有制备容易、可规模化生产及剪裁性强等特点引起了广泛关注。但目前其发展多受制于高电位的有机氧化还原活性物质种类少、在水中溶解度低和化学性质不稳定等问题。哌啶氮氧自由基类(2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy radical,TEMPO)和二茂铁类衍生物是水系有机液流电池正极活性物质常见的两个选择，且前者(＞0.8V vs.RHE)较后者具有更高的氧化还原电位、结构易可调等优势。已有研究表明，通过分子设计合成工程可以对两种活性物质的氧化还原电位、水溶性及与离子交换膜的兼容性进行调变，助力电池性能的提升。尽管如此，在化学稳定性方面的改善效果仍然有限，电池的实际运行寿命距离规模化发展还有很大的差距。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水系中性哌啶氮氧自由基类有机液流电池电解液、电池及制备方法，以解决了现有液流电池成本过高，电解质溶解性差或几乎不溶于电解液、能量密度较低、循环稳定性较差等问题，本发明基于离子识别的包合物不仅具有离子型基团水溶性大的特点，且还有正负电荷静电吸引驱动力的稳定作用，能够避免有机电解质化学修饰改性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水系中性哌啶氮氧自由基类有机液流电池电解液，由包合物及第一支持电解质溶液组成，所述包合物由有机电解质客体和包合所述有机电解质客体的包合物主体组成，所述包合物主体为以多个葡萄糖单元连接而成的外部亲水、内部疏水且具有空腔的环状高分子，所述有机电解质客体为在水中溶解度小或几乎不溶的带有负电荷基团的有机电解质。

进一步地，所述包合物主体为环糊精及其衍生物。

进一步地，所述环糊精及其衍生物为γ-环糊精或γ-环糊精衍生物。

进一步地，所述有机电解质客体为哌啶氮氧自由基类或其衍生物。