一种含氯儿茶酚基液流电池电解液

1.本发明属于储能液流电池技术领域，特别涉及一种含氯儿茶酚基液流电池电解液。


背景技术：

2.随着化石能源的枯竭和环境污染问题的加剧，风能、太阳能等可再生能源发电技术受到人们的青睐，稳定安全的储能系统开发成为亟待解决的技术。液流电池由于具有系统容量和功率相互独立可调、响应迅速、安全可靠、循环寿命长和易维护等突出优势而成为规模化储能中最有发展前景的技术之一。有机氧化还原液流电池除具有液流电池特点外，还具有地球资源丰富、结构可调的优点，受到越来越多的关注。
3.电解液是液流电池的核心材料，其稳定性决定了电池的使用寿命。有机物在电化学过程中往往会发生分解、聚合等副反应，大大降低了电池的可用容量，甚至造成电池失效。儿茶酚基电解液具有电化学活性好、溶解度高、能量密度高、成本低等优点，但是在电化学过程中容易发生聚合副反应，使电池可用容量迅速衰减，减少电池寿命，限制了其在液流电池中的大规模应用。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术不足，本发明的目的在于提供一种含氯儿茶酚基液流电池电解液，可以提高儿茶酚基活性物质稳定性。
5.本发明的技术方案是：
6.一种含氯儿茶酚基液流电池电解液，在儿茶酚基液流电池电解液中，活性物质为儿茶酚基物质，添加含氯离子物质的支持电解质，电解液中氯离子的摩尔浓度为3mol
·
l-1
～15mol
·
l-1
。
7.所述的含氯儿茶酚基液流电池电解液，含氯离子物质为盐酸、次氯酸、氯化钠、氯化钾、氯化铵中的一种或两种以上。
8.所述的含氯儿茶酚基液流电池电解液，儿茶酚基物质为二苯酚、多巴胺、肾上腺素、异丙肾上腺素、去氧肾上腺素及其盐中的一种或两种以上。
9.所述的含氯儿茶酚基液流电池电解液，电解液中，儿茶酚基物质的摩尔浓度为0.1mol
·
l-1
～4mol
·
l-1
。
10.所述的含氯儿茶酚基液流电池电解液，优选的，电解液中氯离子的摩尔浓度为6mol
·
l-1
～12mol
·
l-1
。
11.所述的含氯儿茶酚基液流电池电解液，优选的，电解液中含氯离子物质为摩尔浓度12mol
·
l-1
的盐酸。
12.所述的含氯儿茶酚基液流电池电解液，优选的，电解液中含氯离子物质为摩尔浓度6mol
·
l-1
的盐酸与饱和氯化铵。
13.本发明的设计思想是：
14.针对现有有机液流电池稳定性差，容量衰减快、循环寿命短的不足，本发明提出一种提高儿茶酚基活性物质稳定性的含氯电解液及其在液流电池中应用。本发明提出的儿茶酚基含氯电解液电化学活性好、稳定性高、成本低廉、无毒无污染。相比于不含氯电解液，一定浓度的含氯电解液可抑制儿茶酚基活性物质的副反应，有效增强电解液稳定性，提高液流电池的容量保留率，提升电池的使用寿命。
15.本发明的优点及有益效果为：
16.本发明使用含氯物质作为支持电解质，有效提高儿茶酚基电解液的稳定性，应用在液流电池中可提高电池的容量保留率，延长电池寿命。本发明具有操作简单、成本低廉、可应用构建高稳定性、长寿命的液流电池体系。
附图说明
17.图1为本发明儿茶酚类液流电池连接示意图。图中，1正极储液罐；2负极储液罐；3隔膜；4电极一；5电极二；6集流体一；7集流体二；8泵一；9泵二。
18.图2为根据本发明实施例2的多巴胺/钒液流电池充放电曲线。图中，纵坐标cell potential代表电池电压(v)。
19.图3为根据本发明实施例1中不含氯电解液的多巴胺/钒液流电池循环容量和库伦效率图。图中，横坐标cycle number代表循环次数，左纵坐标capacity代表容量(mah)，右纵坐标coulombic efficiency代表库伦效率(％)。其中，charge capacity为充电容量，discharge capacity为放电容量。
20.图4为根据本发明实施例1中含氯电解液的多巴胺/钒液流电池循环容量和库伦效率图。图中，横坐标cycle number代表循环次数，左纵坐标capacity代表容量(mah)，右纵坐标coulombic efficiency代表库伦效率(％)。其中，charge capacity为充电容量，discharge capacity为放电容量。
21.图5为根据本发明实施例2中含氯电解液的多巴胺/钒液流电池循环容量和库伦效率图。图中，横坐标cycle number代表循环次数，左纵坐标capacity代表容量(mah)，右纵坐标coulombic efficiency代表库伦效率(％)。其中，charge capacity为充电容量，discharge capacity为放电容量。
22.图6为根据本发明实施例3中含氯电解液的多巴胺/钒液流电池循环容量和库伦效率图。图中，横坐标cycle number代表循环次数，左纵坐标capacity代表容量(mah)，右纵坐标coulombic efficiency代表库伦效率(％)。其中，charge capacity为充电容量，discharge capacity为放电容量。
23.图7为根据本发明实施例4中含氯电解液的多巴胺/钒液流电池循环容量和库伦效率图。图中，横坐标cycle number代表循环次数，左纵坐标capacity代表容量(mah)，右纵坐标coulombic efficiency代表库伦效率(％)。其中，charge capacity为充电容量，discharge capacity为放电容量。
具体实施方式
24.在具体实施过程中，根据本发明的一个实施例的含氯儿茶酚基液流电池简要结构如图1所示，电池充放电曲线如图2所示，不同电解液组分产生的电池性能如图3～7所示。
25.如图1所示，含氯儿茶酚基液流电池主要包括正极储液罐1、负极储液罐2、隔膜3、电极一4、电极二5、集流体一6、集流体二7、泵一8、泵二9，其简要结构和充放电原理如下：
26.正极储液罐1的底部通过管路(该管路上设置泵一8)与电极一4的底部相连接，正极储液罐1的顶部通过管路与电极一4的顶部相连接，电极一4的外侧与集流体一6紧密接触连接，形成液流电池的正极。负极储液罐2的底部通过管路(该管路上设置泵二9)与电极二5的底部相连接，负极储液罐2的顶部通过管路与电极二5的顶部相连接，电极二5的外侧与集流体二7紧密接触连接，形成液流电池的负极。液流电池的正极与液流电池的负极之间设置隔膜3，电极一4、电极二5的内侧之间分别与隔膜3的两侧紧密接触连接，正极储液罐1内装有儿茶酚类正极电解液，负极储液罐2内装有负极电解液。充电时，正极电解液失电子被氧化，负极电解液得电子被还原；放电时相反，即正极电解液得电子被还原，负极电解液失电子被氧化。
27.在实施例中，所选用的液流电池结构具体参数如下：
28.1.液流电池由1节单电池组成；
29.2.液流电池的电极面积为28cm2；
30.3.液流电池恒流充放电的电流密度为50ma/cm2；
31.4.单节液流电池充放电截止电压分别为1.15v和0.5v；
32.5.正极电解液储液罐内为10ml多巴胺电解质溶液，负极电解液储液罐内为20ml钒电解质溶液(含三价钒离子v
3+
)。正极电解液和负极电解液中，氯离子的摩尔浓度均为3mol
·
l-1
～15mol
·
l-1
。
33.6.液流电池的正负极电极选用多孔碳毡、石墨毡或碳布，液流电池的正负极集流体采用铜板与石墨板的复合材料，液流电池的隔膜为离子交换膜。
34.以下结合附图和具体实施例，进一步说明本发明的具体实施方式。
35.实施例1
36.对比儿茶酚基含氯电解液和不含氯电解液的长期循环性能，将配置的电解液按照图1样式组装成单电池进行测试。
37.不含氯电解液：正极电解液为0.2mol
·
l-1
多巴胺+3mol
·
l-1
h2so4水溶液；负极电解液为0.2mol
·
l-1
v
3+
+3mol
·
l-1
h2so4水溶液。电池循环性能结果如图3所示。
38.含氯电解液：正极电解液为0.2mol
·
l-1
多巴胺+饱和氯化铵+3mol
·
l-1
h2so4水溶液；负极电解液为0.2mol
·
l-1
v
3+
+饱和氯化铵+3mol
·
l-1
h2so4水溶液。电池循环性能结果如图4所示。
39.通过比较图3、图4结果可知，加入氯化铵即引入氯离子后，电解液稳定性得到明显提升，100个循环后电池容量保留率从54.1％提高到90.6％。
40.实施例2
41.正极电解液为0.2mol
·
l-1
多巴胺+6mol
·
l-1
hcl水溶液；负极电解液为0.2mol
·
l-1
v
3+
+6mol
·
l-1
hcl水溶液。将配置的电解液按照图1样式组装成单电池进行测试。300个循环后电池容量保留率为61.0％，如图5所示。
42.实施例3
43.正极电解液为0.2mol
·
l-1
多巴胺+12mol
·
l-1
hcl水溶液；负极电解液为0.2mol
·
l-1
v
3+
+12mol
·
l-1
hcl水溶液。将配置的电解液按照图1样式组装成单电池进行测试。300个
循环后电池容量保留率为97.5％，如图6所示。
44.对比图5、图6结果可知，提高盐酸浓度可有效增强电池容量保留率，提高电池循环寿命。但是，高浓度酸会增加电池材料的腐蚀性。
45.实施例4
46.正极电解液为0.2mol
·
l-1
多巴胺+饱和氯化铵+6mol
·
l-1
hcl水溶液；负极电解液为0.2mol
·
l-1
v
3+
+饱和氯化铵+6mol
·
l-1
hcl水溶液。将配置的电解液按照图1样式组装成单电池进行测试。1000个循环后电池容量保留率为93.5％，如图7所示。
47.该组浓度的液流电池将氯化铵和盐酸结合使用，其长期循环性能优异，电解液稳定性得到明显提升，含氯电解液显著改善了电池长期循环寿命，在有效增强电池容量保留率的同时，又避免高浓度酸会增加电池材料的腐蚀性。
48.实施例结果表明，本发明采用含氯儿茶酚基液流电池电解液，可以提高儿茶酚基电解液稳定性和液流电池的容量保留率。