[发明专利]一种生物基液流电池电解质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物基液流电池电解质材料及其制备方法，属于电池储能技术领域。本发明通过杂多酸催化氧化降解木质素，然后将木质素中的香草醛通过萃取纯化，再借助双氧水在碱性环境下实现脱甲酰化得到2‑甲氧基氢醌。2‑甲氧基氢醌属于醌类化合物，可通过醌与氢醌之间的氧化还原反应实现储能，提高了电化学活性。将2‑甲氧基氢醌用作水相液流电池负极电解质材料，与传统金属类电解质相比，其来源丰富，对环境友好，电容量高，避免金属离子的交叉，使用寿命长，可应用于大规模储能技术。

技术领域

本发明属于电池储能技术领域，具体涉及一种生物基液流电池电解质材料及其制备方法。

背景技术

可再生能源是解决能源枯竭与环境污染等问题的有效途径。清洁可再生能源包括风能、太阳能、水能、地热能、海洋能和生物能等。然而，太阳能、风能和水能等可再生能源依赖于自然条件，存在间歇性、波动性和不可控的缺陷。随着可在生能源的高速发展，储能技术逐渐成为能源高效利用的重要环节。目前，已开发的储能技术可根据储能介质的不同可分为物理储能和化学储能。物理储能包括抽水蓄能，压缩空气储能、飞轮储能、超导储能和超级电容器储能等。其中，抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能作为机械储能方式，其对场地和设备有特定的要求。超导储能和超级电容器储能的生产成本较高。化学储能包括燃料电池、铅酸电池、铅炭电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池。化学储能不受地理环境的限制，能量存储效率、电容量和功率高且成本低，具有广阔的应用领域。其中，液流电池具有储存容量易于调控、循环寿命长、操作安全性高和易于维护等优势，促进其成为大规模储能技术的首选。

随着化学储能技术的不断发展，以醌类及其衍生物为代表的有机化合物因来源广泛、成本低廉，是一种潜在的液流电池电解质材料。但是，天然醌类化合物在自然界中的储量较少，而地球上最丰富的木质素中含有大量的酚结构，通过氧化还原转化为醌结构则有望作为液流电池电解质并实现规模化应用。

由于木质素具有复杂且坚固的三维网络结构，要利用木质素的酚羟基基团实现储能，需要将木质素进行解聚处理。热裂解、加氢还原解聚、氧化解聚等方法已广泛应用于木质素的解聚。多金属氧酸盐，即杂多酸(POM)是一种循环可回收的高效催化剂，已被用于去除未漂白纸浆纤维残留木质素或直接将木质素解聚成高附加值化学品。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种生物基液流电池电解质材料，用作碱性水相液流电池负极电解质材料；本发明所要解决的另一技术问题在于提供生物基液流电池电解质材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种生物基液流电池电解质材料的制备方法，包括以下步骤：将木粉通过杂多酸催化氧化提取出小分子木质素，然后通过萃取纯化得到香草醛；在碱性环境下，将香草醛通过双氧水脱甲酰化处理得到2-甲氧基氢醌，将2-甲氧基氢醌用作水相液流电池负极电解质材料。

具体包括以下步骤：

1)将木粉、杂多酸和甲醇/水混合液按用量比加入到高温高压反应釜中，向反应釜中通入氧气去除反应釜中的空气后，通过杂多酸催化氧化反应，提取出含小分子木质素的反应液；

2)将含小分子木质素的反应液蒸发浓缩去除反应液中的甲醇，并通过二氯甲烷萃取和G10-葡聚糖填料的层析柱分离得到香草醛；

3)称取香草醛置于反应瓶中，并加入NaOH水溶液和双氧水，在室温下反应，待反应结束后，加入盐酸淬灭终止反应；反应液用乙酸乙酯萃取并用无水硫酸钠去除有机相中的水分，经真空干燥后得到2-甲氧基氢醌；

4)将2-甲氧基氢醌用作水相液流电池负极电解质材料。

进一步的，步骤1)中，木粉、杂多酸和甲醇/水混合液的用量比为1.0g∶1.8g∶40mL。

进一步的，步骤1)中，所述杂多酸为磷钼酸；所述甲醇/水混合液中甲醇与水的体积比为9∶1。