本公開(kāi)涉及儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種水系氧化還原液流電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)以及航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展，人類對(duì)各種能源的需求也隨之增長(zhǎng)。同時(shí)化石能源的逐漸枯竭，使得能源和環(huán)境問(wèn)題成為了人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展最重要的挑戰(zhàn)之一。因此，可再生能源的高效利用已成為能源發(fā)展所需要面對(duì)的首要問(wèn)題。然而，大多數(shù)可再生能源無(wú)法單獨(dú)作為穩(wěn)定的能源，并且在獲得之后不能直接使用，由于上述問(wèn)題，迫切地需要科學(xué)家們尋找高效的能量轉(zhuǎn)換裝置和可靠的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

2、液流電池是一種新型的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，因其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注。液流電池由電堆單元、電解液、電解液存儲(chǔ)供給單元以及管理控制單元等關(guān)鍵部分構(gòu)成。其核心工作原理是利用正負(fù)極電解液分開(kāi)并各自循環(huán)，通過(guò)正負(fù)極電解質(zhì)溶液活性物質(zhì)發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。

3、液流電池具有容量高、使用領(lǐng)域廣泛、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。其活性物質(zhì)儲(chǔ)存于電解液中，具有流動(dòng)性，這使得電池功率與容量的設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立，特別適合于大規(guī)模蓄電儲(chǔ)能需求。根據(jù)電極活性物質(zhì)的不同，液流電池可以分為多種類型，如全釩液流電池、鋰離子液流電池和鉛酸液流電池等，其中全釩液流電池因其安全性高、啟動(dòng)速度快、電池壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

4、近年來(lái)，隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速推進(jìn)和可再生能源的快速發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)作為連接可再生能源發(fā)電與電網(wǎng)、用戶之間的關(guān)鍵橋梁，其重要性日益凸顯。液流電池作為一種高效、可靠的儲(chǔ)能技術(shù)，在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、市場(chǎng)需求、政策支持等方面均取得了顯著進(jìn)展，為全球能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整與綠色低碳轉(zhuǎn)型注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。

5、傳統(tǒng)的液流電池在電極材料、電解液組成等方面仍存在諸多不足，限制了其性能的提升和應(yīng)用范圍的拓展。因此，開(kāi)發(fā)一種性能優(yōu)異、成本較低的液流電池具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一方面目的在于提供一種水系氧化還原液流電池。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種水系氧化還原液流電池，包括正極電解液、負(fù)極電解液、隔膜，其中：正極電解液采用氯化鐵與冠醚的配合物作為活性物質(zhì)，負(fù)極電解液采用蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽作為活性物質(zhì)，所述隔膜用于隔離正極電解液和負(fù)極電解液，防止直接接觸，同時(shí)允許電解液中的離子自由穿梭。

4、本發(fā)明的一種水系氧化還原液流電池，正極電解液采用氯化鐵與冠醚的配合物作為活性物質(zhì)，該金屬配合物具有優(yōu)異的氧化還原性能和穩(wěn)定性；負(fù)極電解液采用蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽作為活性物質(zhì)，該材料能夠與正極活性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。采用上述材料的液流電池，具有優(yōu)異的氧化還原性能和穩(wěn)定性，提高了電池的能量密度和循環(huán)壽命。

5、進(jìn)一步的設(shè)置如下：

6、所述氯化鐵與冠醚的配合物采用以下方式獲得：將氯化鐵與冠醚按比例投入水中，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)完成后，真空旋蒸，然后置于烘箱烘干，得到氯化鐵與冠醚的配合物。

7、所述冠醚選自12-冠醚-4、15-冠醚-5、18-冠醚-6的任意一種。

8、所述冠醚與氯化鐵的摩爾比，為1:0.1～1:1，優(yōu)選為1:1。

9、將氯化鐵與冠醚的配合物，溶解于氯化銨水溶液中，作為液流電池的正極電解液。

10、所述蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽，溶解于氯化銨水溶液中，然后進(jìn)行充電處理，得到液流電池的負(fù)極電解液。

11、充電方法如下：配置4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基于氯化銨水溶液中作為正極電解液，將蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽電解液作為負(fù)極電解液，將上述正極電解液、負(fù)極電解液和隔膜按照順序組裝液流電池，進(jìn)行充電。

12、本發(fā)明第二方面目的是提供一種水系氧化還原液流電池的制備方法，包括以下步驟：

13、（1）制備正極電解液：

14、將冠醚和氯化鐵按照摩爾比1:0.1～1:1的比例投入水中，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)完成后，真空旋蒸，然后置于烘箱烘干，得到氯化鐵與冠醚的配合物，將氯化鐵與冠醚的配合物溶解于氯化銨水溶液中，作為液流電池的正極電解液。

15、（2）制備負(fù)極電解液：

16、將蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽溶解于氯化銨水溶液中，獲得蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽電解液，然后對(duì)其進(jìn)行充電處理，待充電完成后得到負(fù)極電解液。

17、充電處理如下：配置4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基于氯化銨水溶液中作為正極電解液，將蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽電解液作為負(fù)極電解液，將上述正極電解液、負(fù)極電解液和隔膜按照順序組裝液流電池，進(jìn)行充電。

18、（3）組裝電池：

19、將步驟（1）制備的正極電解液，步驟（2）制備的負(fù)極電解液，和隔膜按照順序組裝，得到水系氧化還原液流電池。

20、本發(fā)明的有益效果如下：

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用冠醚和氯化鐵的配合物作為正極活性物質(zhì)，采用蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽作為負(fù)極活性物質(zhì)，具有優(yōu)異的氧化還原性能和穩(wěn)定性，提高了電池的能量密度和循環(huán)壽命；且制備工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，降低了電池的成本。

22、以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

技術(shù)特征：

1.一種水系氧化還原液流電池，包括正極電解液、負(fù)極電解液、隔膜，其特征在于：正極電解液采用氯化鐵與冠醚的配合物作為活性物質(zhì)，負(fù)極電解液采用蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽作為活性物質(zhì)，所述隔膜用于隔離正極電解液和負(fù)極電解液，防止直接接觸，同時(shí)允許電解液中的離子自由穿梭。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系氧化還原液流電池，其特征在于：所述氯化鐵與冠醚的配合物采用以下方式獲得：將氯化鐵與冠醚按比例投入水中，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)完成后，真空旋蒸，然后置于烘箱烘干，得到氯化鐵與冠醚的配合物。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系氧化還原液流電池，其特征在于：所述冠醚選自12-冠醚-4、15-冠醚-5、18-冠醚-6的任意一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系氧化還原液流電池，其特征在于：所述冠醚與氯化鐵的摩爾比，為1:0.1～1:1。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水系氧化還原液流電池，其特征在于：所述冠醚與氯化鐵的摩爾比為1:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系氧化還原液流電池，其特征在于：將氯化鐵與冠醚的配合物，溶解于氯化銨水溶液中，作為液流電池的正極電解液。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系氧化還原液流電池，其特征在于：所述蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽，溶解于氯化銨水溶液中，然后進(jìn)行充電處理，得到液流電池的負(fù)極電解液。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種水系氧化還原液流電池，其特征在于：充電處理如下：配置4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基于氯化銨水溶液中作為正極電解液，將蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽溶液作為負(fù)極電解液，然后組裝成液流電池進(jìn)行充電。

9.一種水系氧化還原液流電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種水系氧化還原液流電池的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，對(duì)蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽電解液進(jìn)行充電，充電處理如下：配置4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基于氯化銨水溶液中作為正極電解液，將蒽醌-2,7-二磺酸二鈉鹽電解液作為負(fù)極電解液，然后組裝成液流電池進(jìn)行充電。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種水系氧化還原液流電池及其制備方法，涉及液流電池技術(shù)領(lǐng)域，包括正極電解液、負(fù)極電解液、隔膜，其中：正極電解液采用氯化鐵與冠醚的配合物作為活性物質(zhì)，負(fù)極電解液采用蒽醌?2,7?二磺酸二鈉鹽作為活性物質(zhì)，所述隔膜用于隔離正極電解液和負(fù)極電解液，防止直接接觸，同時(shí)允許電解液中的離子自由穿梭，本發(fā)明的一種水系氧化還原液流電池，正極電解液采用氯化鐵與冠醚的配合物作為活性物質(zhì)，負(fù)極電解液采用蒽醌?2,7?二磺酸二鈉鹽作為活性物質(zhì)，具有優(yōu)異的氧化還原性能和穩(wěn)定性，提高了電池的能量密度和循環(huán)壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：項(xiàng)飛勇,張凱,沈永淼,吳尖平,奚紫微,陳征海,欒慧敏,賈中凡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：肯特催化材料股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24