一种低成本液流电池负极电解液及其制备方法
【技术领域】
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[0001 ] 本发明涉及液流电池领域，具体涉及一种低成本液流电池负极电解液及其制备方法。
【背景技术】
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[0002]能源危机和环境污染使世界各国致力于发展高效清洁的可再生能源，来减少和代替化石能源。其中，太阳能、风能等能源技术的发展聚集了很多关注。但是太阳能和风能发电与电网的需要之间并不匹配，太阳能和风能的发电会随着光照不同和风力不同出现间歇性和不连续性，而且随着这些能源技术的广泛使用，这种不匹配问题会更加严重。因此，发展廉价高性能的储能技术对其进行调节，将富余的能量储存起来，待电力匮乏时使用，实现电力供应的连续性和稳定性，解决其无法与电网匹配的问题，具有重要的意义。
[0003]这种储能技术要求能够在峰值功率放电时间数十个小时。现有的传统电池在峰值功率下放电时间通常数十分钟，不能全面调节风力或太阳能的发电量，不足以承担这个角色。更有前途的是液流电池，功率容量和能量存储能力可以独立分开设计，从而实现数十小时，甚至数十天在峰值功率放电。液流电池能量存储以液体形式储存在电池体外，既是电极活性物质也是电解质溶液，储罐可以任意放大。电极的大小匹配所需的功率输出能力，不参与反应，尽管他们可能会促进反应。
[0004]因此，液流电池技术作为一种优秀的储能技术，在未来电力供应、储能技术和经济发展中引起了广泛的注意。然而，电池所需材料，特别是那些用于氧化还原活性的金属和用于催化剂的贵金属材料的存储量和成本，限制了液流电池的大规模使用[6’7]。例如，吸引了最广泛关注的全钒液流电池，限制其发展和大规模应用的主要问题就是过高的成本，另外，环保问题也是一个主要问题。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的是为了降低液流电池的成本，并保持较高功率密度，并提供上述低成本高比能液流电池的负极电解液。这种电解液引入有机小分子氧化还原过程，成本低廉，造价大概为钒电池的1/2甚至还要低，并且安全无毒，不需要催化剂。本发明的另一目的是提供上述液流电池负极电解液的制备方法。这种电解液采用但不限于1，2-二羟基蒽醌-3-磺酸钠(ARS)/ARSH2电对作为活性物质。在所述的液流电池负极电解液中，ARS的浓度为0.l-6mol/L.本发明属于液流电池领域，公开一种低成本负极电解液及其制备方法。所述低成本液流电池负极电解液基于一种有机小分子1，2- 二羟基蒽醌-3-磺酸钠的硫酸溶液做负极电解液。所述低成本液流电池负极电解液的制备方法，包括如下步骤:
[0006]将电解质原料加入水中，溶解混合均匀，用离子交换树脂去除其他阳离子，用水定容，加入支持电解质，得到所述低成本液流电池负极电解液。
[0007]在上述制备方法中，所述电解质原料包括1，2-二羟基蒽醌-3-磺酸钠及其衍生物或多种混合物；
[0008]在所诉低成本液流电池负极电解液中，ARS的浓度为0.l-6mol/l ；
[0009]在上述制备方法中，溶解电解质原料的水中再加入支持电解质，同时调控所述低成本液流电池负极电解液为酸性，使电解液中活性物质能够可逆稳定存在；
[0010]支持电解质为H2SO4。
[0011]本发明的优点:本发明在液流电池负极电解液中采用有机小分子1，2- 二羟基蒽醌-3-磺酸钠及其衍生物作为活性物质，大大降低了液流电池成本，成本能够降低50%左右，电池性能可以和最为成熟的全钒液流电池媲美。相关技术可以开辟一类安全、环保和低成本的新型储能电池路线，消除目前能源系统以及市场的储能障碍，对满足可再生能源普及应用对大规模高效储能技术的需求有重要的意义。
【附图说明】
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[0012]图1是采用实施例1所得电解液与HBr组装成液流电池在100ml/min的流速下以100mA/cm2的电流密度充放电的电压-时间曲线图。
[0013]图2是采用实施例2所得电解液与HBr组装成液流电池在120ml/min的流速下以100mA/cm2的电流密度充放电的电压-时间曲线图。
【具体实施方式】
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[0014]实施例1
[0015]称量3.4g ARS于250ml的烧杯中，加入适量去离子水，搅拌溶解，用离子交换树脂去掉钠离子，再加入5.6ml 98% H2SO4，搅拌定容至100ml，即可制备得本发明所述低成本液流电池负极电解液，其组成为0.lmol/1 ARSU.0mol/1 H2SO40
[0016]采用实施例1所得的低成本液流电池负极电解液与HBr组装成液流电池，正负极流速都为100ml/min。将所述液流电池在lOOmA/cm2的电流密度下完成充放电测试，所得测试曲线如图1所示。从图1可以看出总体充放电性能良好。
[0017]实施例2
[0018]称量33.8g ARS于250ml的烧杯中，加入适量去离子水，搅拌溶解，用离子交换树脂去掉钠离子，再加入11.2ml 98% H2SO4，搅拌定容至100ml，即可制备得本发明所述低成本液流电池负极电解液，其组成为l.0mol/1 ARS,2.0mol/1 H2SO40
[0019]采用实施例2所得的低成本液流电池负极电解液与HBr组装成液流电池，正负极流速都为120ml/min。将所述液流电池在lOOmA/cm2的电流密度下完成充放电测试，所得测试曲线如图2所示。从图2可以看出总体充放电性能良好。
[0020]实施例3
[0021]称量203.1g ARS于250ml的烧杯中，加入适量去离子水，搅拌溶解，用离子交换树脂去掉钠离子，再加入5.6ml 98% H2SO4，搅拌定容至100ml，即可制备得本发明所述低成本液流电池负极电解液，其组成为6.0mol/1 ARSU.0mol/1 H2SO40
[0022]本发明不限于以上实例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、替代和衍生物，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种低成本液流电池负极电解液，其特征在于:所述低成本液流电池负极电解液是采用有机小分子作为活性物质得到的电解液。
2.根据权利要求1所述的一种低成本液流电池负极电解液，其特征在于:所述电对为(I, 2- 二羟基蒽醌-3-磺酸钠)ARS/(1，2，9，10-四羟基蒽_3_磺酸钠)ARSH2及其衍生物。
3.根据权利要求1所述的一种低成本液流电池负极电解液，其特征在于:采用ARS/ARSH2电对作为活性物质。
4.根据权利要求3所述的一种低成本液流电池负极电解液，其特征在于:在所述的低成本液流电池负极电解液中，ARS的浓度为0.l-6mol/L.
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于:在溶解电解质原料的水或其他溶剂，及其混合溶剂中，再加入支持电解质，支持的电解质为H2SO4。
6.根据权利要求1-4任一项的负极电解液用于液流电池系统中。
【专利摘要】本发明属于液流电池领域，公开一种低成本负极电解液及其制备方法。所述低成本液流电池负极电解液基于一种有机小分子1,2-二羟基蒽醌-3-磺酸钠(ARS)的硫酸溶液做负极电解液。所述低成本液流电池负极电解液的制备方法包括如下步骤：将电解质原料1,2-二羟基蒽醌-3-磺酸钠或其衍生物或混合物加入水中，溶解混合均匀，用离子交换树脂去除阳离子，然后加入支持电解质硫酸并定容，得到所述低成本液流电池负极电解液。该液流电池具有结构简单、价格低廉，能量密度和功率密度高等优点，比钒液流电池成本低50％。适合在风能、太阳能发电系统中作为大规模电能储存设备使用，以及电网调峰，偏远地区供电和提供不间断电源等。
【IPC分类】H01M4-04, H01M4-60
【公开号】CN104835962
【申请号】CN201510182416
【发明人】李昕, 张舒
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月17日