一种锌溴液流电池用电解液络合剂及其制备方法和应用

本发明涉及锌溴液流电池的，尤其涉及一种锌溴液流电池用电解液络合剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锌溴液流电池具有安全性高、原材料成本低廉等优势，在储能领域展现出极大的应用前景。相比于全钒与铁铬液流电池，其具有成本更低、理论能量密度更高等优势，在液流电池体系中展现出较大的竞争性。然而，溴单质在充放电过程中易在电解液中穿梭与扩散，这会造成严重的腐蚀现象，同时导致电池的库伦效率(ce)、电压效率(ve)、能量效率(ee)等关键指标下降。

2、为了抑制溴的穿梭与腐蚀，通常在电解液中加入溴络合剂，如目前所广泛使用的1-甲基-1乙基溴化吡咯烷(mep)，其可以通过与溴单质络合生成油状的络合物，从而提高空间结构分布，限制其穿梭与扩散。然而目前广泛使用的mep仍然存在着络合效率低的问题。因此，研究开发新型高效的电解液络合剂，是提升电池库伦效率(ce)、电压效率(ve)、能量效率(ee)的关键。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明公开了一种新型的锌溴液流电池用电解液络合剂，可以显著提高与溴的络合效果，显著提升了锌溴液流电池的库伦效率(ce)、电压效率(ve)和能量效率(ee)。

2、具体技术方案如下：

3、一种锌溴液流电池用电解液络合剂，所述电解液络合剂选自卤素取代1-甲基-1-乙基溴化吡咯烷；

4、所述卤素选自氟元素和/或氯元素。

5、优选的，所述电解液络合剂的结构式选自下式(ⅰ)～(ⅳ)：

6、

7、进一步优选，所述电解液络合剂的结构式选自上式(ⅱ)和式(ⅲ)。

8、更优选，所述电解液络合剂的结构式选自上式(ⅲ)。

9、采用上述不断优选结构式的电解液络合剂制备的锌溴液流电池电解液，组装得到的锌溴液流电池具有更优异的库伦效率、电压效率和能量效率。

10、本发明还公开了所述的锌溴液流电池用电解液络合剂的制备方法，包括如下步骤：

11、以n-甲基吡咯烷与取代溴乙烷为原料，在有机溶剂中进行共沉淀反应，得到所述电解液络合剂；

12、所述取代溴乙烷选自1-溴-2-氟乙烷、1-溴-2,2-二氟乙烷、全氟溴乙烷、1-溴-2-氯乙烷中的一种或多种；

13、n-甲基吡咯烷与取代溴乙烷的摩尔比为1.05～1.20。

14、优选的：

15、所述有机溶剂选自丙酮、乙酸乙酯、二甲基亚砜中的一种或多种；

16、所述共沉淀反应，反应温度为0～50℃，反应时间为6～12h。

17、进一步优选：

18、n-甲基吡咯烷与取代溴乙烷的摩尔比为1.05；

19、所述共沉淀反应在室温下进行。

20、经共沉淀反应后得到的粗产物还需进行后处理，所述后处理包括分离和干燥；

21、所述分离选自离心分离和/或过滤分离。

22、沉析剂选自环己烷、正己烷、正戊烷中的一种或多种。

23、采用本发明的工艺制备得到的产物，产率为不低于90％，纯度不低于98％。

24、本发明还公开了一种锌溴液流电池电解液，包括锌盐、溴盐，还包括所述的锌溴液流电池用电解液络合剂；

25、所述锌盐选自溴化锌、硫酸锌、氯化锌、三氟甲烷磺酸锌中的一种或多种，浓度为2～3mol/l；

26、所述溴盐选自溴化锌、溴化钠、溴化钾中的一种或多种，浓度为1～3mol/l。

27、锌溴液流电池电解液中，所述电解液络合剂的浓度为0.3～1.0mol/l；优选的，所述电解液络合剂的浓度为0.3～0.8mol/l；进一步优选为0.5～0.8mol/l；更优选为0.8mol/l。

28、随着锌溴液流电池电解液中电解液络合剂的浓度的不断优化，组装得到的锌溴液流电池具有更优异的库伦效率、电压效率和能量效率。

29、优选的，所述锌溴液流电池电解液中还包括支撑盐，选自氯化钾、氯化钠等，浓度为1～3mol/l。

30、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

31、本发明公开了一种新型的锌溴液流电池用电解液络合剂，电解液络合剂选自卤素取代1-甲基-1-乙基溴化吡咯烷，可以显著提高与溴的络合效果，显著提升了锌溴液流电池的ce、ve和ee。

技术特征：

1.一种锌溴液流电池用电解液络合剂，其特征在于，所述电解液络合剂选自卤素取代1-甲基-1-乙基溴化吡咯烷；

2.根据权利要求1所述的锌溴液流电池用电解液络合剂，其特征在于，所述电解液络合剂的结构式选自下式(ⅰ)～(ⅳ)：

3.根据权利要求2所述的锌溴液流电池用电解液络合剂，其特征在于，所述电解液络合剂的结构式选自上式(ⅱ)和式(ⅲ)。

4.一种根据权利要求1～3任一项所述的锌溴液流电池用电解液络合剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的锌溴液流电池用电解液络合剂的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的锌溴液流电池用电解液络合剂的制备方法，其特征在于：

7.一种锌溴液流电池电解液，包括锌盐、溴盐，其特征在于，还包括如权利要求1～3任一项所述的锌溴液流电池用电解液络合剂；

8.根据权利要求7所述的锌溴液流电池电解液，其特征在于：

9.根据权利要求7所述的锌溴液流电池电解液，其特征在于：锌溴液流电池电解液中，所述电解液络合剂的浓度为0.3～0.8mol/l。

10.根据权利要求7所述的锌溴液流电池电解液，其特征在于：锌溴液流电池电解液中，所述电解液络合剂的浓度为0.5～0.8mol/l。

技术总结
本发明公开了一种锌溴液流电池用电解液络合剂，所述电解液络合剂选自卤素取代1‑甲基‑1‑乙基溴化吡咯烷；所述卤素选自氟元素和/或氯元素。本发明公开的新型锌溴液流电池用电解液络合剂，可以显著提高与溴的络合效果，显著提升了锌溴液流电池的库伦效率(CE)、电压效率(VE)和能量效率(EE)。

技术研发人员：陆盈盈,程豪
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16