一种有机-卤素电解质及其在液流电池中应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液流电池技术领域，具体地说，涉及一种使用有机物和卤素作为活性 物质的电解质及其在液流电池中应用。
【背景技术】
[0002] 液流电池主要应用于大规模储能，与其他类型电池不同，液流电池的电极并不是 电能的储存介质。它采用电解质溶液储存能量，电池阴、阳极电解质分别储存在两个独立的 储罐中。其具有无固态反应、容量可调、寿命长、电极物质结构形态不改变、可靠性高、价格 便宜、操作和维修费用低等优点。
[0003] 目前已经开发出多种采用不同电解质溶液的液流电池，其中主要是水溶性电解 质。如铁/铬，全钒和溴/多硫化物液流储能电池。以上液流电池均采用水做溶剂，由于水 的电化学窗口在I. 3V左右，当电池的充电电压高于I. 3V时，会发生水的分解，电极附近有 气体析出。由于水的分解会造成活性物质的析出，电池寿命缩短和电池效率降低等现象，同 时电池的安全性也受到影响。受输出电压的限制，液流电池的能量密度和功率密度偏低。同 时电池的使用温度也受到限定。非水溶剂的体系的开发为克服这一研究瓶颈提供了一个新 的途径。但是目前报道非水液流电池大多使用金属配合物作为活性物质，因而费用高且在 有机溶剂中的溶解度差，能量密度并没有实质的提高。所以目前在国际上非水液流电池都 还处于研究阶段，研究的重点在于选取具有高性能且价格低廉的活性物质。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提高非水液流电池性能同时降低费 用，提供了一种使用有机物和卤素作为活性物质的电解质及其在液流电池中应用。
[0005] 本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
[0006] -种有机一卤素电解质，由有机物、卤化物分散在有机溶剂中形成，所述有机物为 二苯甲酮，所述卤化物为溴化锂，碘化锂或者氯化锂，所述有机溶剂为乙腈，碳酸丙烯酯，碳 酸乙烯酯，二甲氧基乙烷，二甲基碳酸酯或者二乙基碳酸酯。
[0007] 在上述电解质中，以有机物二苯甲酮作为负极活性材料，以卤化物作为正极活性 物质，将有机物、卤化物均匀分散在有机溶剂中以形成稳定溶液体系之后进行使用。
[0008] 在上述电解质中，以整个电解质质量为准，所述有机物的质量百分数为0. 1-30%， 优选5-25%，更加优选10-20%;所述卤化物的质量百分数为0. 5-30%，优选5-25%， 更加优选10 - 20 %。
[0009] 在上述电解质中，所述卤化物选择卤化物溴化锂，碘化锂或者氯化锂，由卤化物提 供卤素离子。
[0010] 在上述电解质中，在电解质中，两种所述有机物二苯甲酮与卤化物提供的卤素离 子的摩尔比为（1 :1)~（1 :1〇)，优选（1 :2)~（1 :8)，更加优选（1 :4)~（1:7)。
[0011] 在上述电解质中，所述有机溶剂根据电导率高、粘度低，并同时对所述有机物、提 供卤素的物质（即活性物质）具有较好溶解性的原则进行选择，可选择上述乙腈等有机溶剂 中的一种，也可选择上述乙腈等有机溶剂中的一种以上，以等体积混合一种以上的有机溶 解，例如乙腈，碳酸丙烯酯，碳酸乙烯酯，二甲氧基乙烷，二甲基碳酸酯，二乙基碳酸酯。
[0012] 将上述有机一卤素电解质应用于液流电池，即将上述电解质作为液流电池的正极 和负极的电解质进行使用，即在液流电池中使用同一电解质，同时以惰性气体(例如氮气、 氦气或者氩气）去除电解中的氧，以二苯甲酮一溴化锂为例，
【主权项】
1. 一种有机一卤素电解质，其特征在于，由有机物、卤化物分散在有机溶剂中形成，所 述有机物为二苯甲酮，所述卤化物为溴化锂，碘化锂或者氯化锂，由卤化物提供卤素离子； 所述有机溶剂为乙腈，碳酸丙烯酯，碳酸乙烯酯，二甲氧基乙烷，二甲基碳酸酯或者二乙基 碳酸酯，以有机物二苯甲酮作为负极活性材料，以卤化物作为正极活性物质，将有机物、卤 化物均匀分散在有机溶剂中以形成稳定溶液体系。
2. 根据权利要求1所述的一种有机一卤素电解质，其特征在于，以整个电解质质量为 准，所述有机物的质量百分数为〇. 1 - 30% ;所述卤化物的质量百分数为0. 5 - 30%。
3. 根据权利要求1所述的一种有机一卤素电解质，其特征在于，以整个电解质质量为 准，所述有机物的质量百分数为5 - 25% ;所述卤化物的质量百分数为5 - 25%。
4. 根据权利要求1所述的一种有机一卤素电解质，其特征在于，以整个电解质质量为 准，所述有机物的质量百分数为10 - 20% ;所述卤化物的质量百分数为10 - 20%。
5. 根据权利要求1一4之一所述的一种有机一卤素电解质，其特征在于，在电解质中， 两种所述有机物二苯甲酮与卤化物提供的卤素离子的摩尔比为（1 :1)~（1 :1〇)。
6. 根据权利要求1一4之一所述的一种有机一卤素电解质，其特征在于，在电解质中， 两种所述有机物二苯甲酮与卤化物提供的卤素离子的摩尔比为（1 :2)~（1 :8)。
7. 根据权利要求1一4之一所述的一种有机一卤素电解质，其特征在于，在电解质中， 两种所述有机物二苯甲酮与卤化物提供的卤素离子的摩尔比为（1 :4)~（1 :7)。
8. 根据权利要求1一4之一所述的一种有机一卤素电解质，其特征在于，在上述电解 质中，所述有机溶剂根据电导率高、粘度低，并同时对所述有机物、提供卤素的物质（即活性 物质）具有较好溶解性的原则进行选择，可选择上述乙腈等有机溶剂中的一种，也可选择上 述乙腈等有机溶剂中的一种以上，以等体积混合一种以上的有机溶解，例如乙腈，碳酸丙烯 酯，碳酸乙烯酯，二甲氧基乙烷，二甲基碳酸酯，二乙基碳酸酯。
9. 如权利要求1一8之一所述的有机一卤素电解质在液流电池仲的应用，其特征在于， 以有机物二苯甲酮作为负极活性材料，以卤化物作为正极活性物质，将上述电解质作为液 流电池的正极和负极的电解质进行使用，即在液流电池中使用同一电解质，同时以惰性气 体去除电解中的氧。
10. 根据权利要求9所述的有机一卤素电解质在液流电池仲的应用，其特征在于，负极 材料选择石墨，石墨毡，泡沫铜，铜板，钼箔或者金箔，正极材料选择石墨板，石墨毡或者泡 沫铝，隔膜选择离子交换膜。
【专利摘要】本发明公开了一种有机—卤素电解质及其在液流电池中应用，由有机物、卤化物分散在有机溶剂中形成，所述有机物为二苯甲酮，所述卤化物为溴化锂，碘化锂或者氯化锂，所述有机溶剂为乙腈，碳酸丙烯酯，碳酸乙烯酯，二甲氧基乙烷，二甲基碳酸酯或者二乙基碳酸酯，以整个电解质质量为准，有机物的质量百分数为0.1—30%，卤化物的质量百分数为0.5—30%。与现有技术相比，本发明的技术方案采用以有机物作为负极活性材料，以卤化物作为正极活性物质的双液流电池系统具有高开路电压，高功率密度和高能量密度的优点，同时大大降低的活性物质的费用，且不受过渡金属矿藏资源的限制。
【IPC分类】H01M8-02, H01M4-90
【公开号】CN104852064
【申请号】CN201410050131
【发明人】李永丹, 张大鹏
【申请人】天津大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年2月13日