一种碱性全铁液流电池的制作方法

本申请涉及液流电池储能，具体涉及一种碱性全铁液流电池。

背景技术：

1、液流电池是一种电化学储能新技术，是将电能储存在具有氧化还原反应活性的电解液中。它具有系统设计灵活、蓄电容量大、稳定性好、能量转换效率高、可深度放电、安全环保等优点，在储能领域具有广泛的应用前景。目前液流电池中发展最成熟的是全钒液流电池，但其电解液成本价格昂贵，在很大程度上限制其大规模应用。

2、除了全钒液流电池之外，目前研究较多且发展较为成熟的液流电池还有全铁液流电池，碱性全铁液流电池通常使用亚铁氰化钾或者亚铁氰化钠作为正极电解液活性物质，铁离子螯合物作为负极电解液活性物质。这种体系一般使用阴离子膜(全氟磺酸隔膜)作为质子交换膜，并且隔膜需要液碱进行预处理。

3、碱性全铁液流电池中，正极电解液中的活性物质亚铁氰化钾或者亚铁氰化钠不稳定，碱性环境中易发生水解，造成容量衰减。同时这种水解沉淀附着在隔膜表面使电池能效迅速降低，长期稳定性较差。为了解决这种问题，一些专利中会加入稳定剂抑制水解，但是此类添加剂主要为含有羟基，羧基或者磺酸基团的有机小分子，这些分子虽然在一定程度上能抑制决水解问题，但是有机小分子在长时间的电池循环中不稳定的现象仍然存在。负极的铁螯合物为了保证其稳定，一般会添加过量的配体，但是这种配体会穿过隔膜进入到正极电解液中，使负极铁螯合物的分解，容量衰减。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种碱性全铁液流电池以解决相关技术中电解液活性物质不稳定以及电池正负极电解液离子渗透的问题。

2、为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：

3、本申请提供一种全铁液流电池，所述全铁液流电池的隔膜为由改性剂改性的隔膜，所述全铁液流电池的正极电解液和负极电解液中均含有所述改性剂。

4、优选的，所述改性剂包括第一高分子和第二高分子中的一种或多种的混合；

5、所述第一高分子包括羧甲基淀粉钠、纤维素、海藻酸钠、透明质酸，羧甲基壳聚糖或羧甲基纤维素中一种或多种的混合；

6、所述第二高分子包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺一种或多种的混合。

7、改性剂表面特有的官能团会和电池隔膜发生键合作用，同时也可以作为一种稳定剂加入到电解液中，提高电池容量以及电池的稳定性。

8、优选的，改性剂包括以浓度计算的如下组分：

9、羧甲基纤维素0.5mg/ml-5mg/ml；

10、聚丙烯酸0.5mg/ml-5mg/ml。

11、优选的，所述隔膜由如下步骤制得：

12、s1:将渗透性改性剂加入预设浓度的碱液中配制为隔膜预处理液；

13、s2:在预设温度下将隔膜浸入隔膜预处理液中第一时间得到改性隔膜。

14、通过采用上述技术方案，改性剂中的羧基会和电池隔膜中的极性基团发生键合作用，在膜表面或进入膜孔隙从而降低膜的孔隙率，提高膜的离子选择性并且不降低其吸水率，从而在不降低导电率的前提下抑制了负极活性物质或配体向正极电解液侧渗透，进而抑制了铁或亚铁离子在负极水解导致的容量衰减、能量效率降低。

15、优选的，所述预设浓度的碱液为0.5～2.5m的naoh或koh水溶液；

16、所述温度为50～100℃；

17、所述第一时间为30min～3h。

18、上述所采用的碱与正、负极电解液中的碱一致，防止引入新的离子。

19、优选的，所述正极电解液包括如下组分：

20、亚铁氰化物或铁氰化物0.6m-1.1m；

21、稳定剂0.05mg/ml-1mg/ml；

22、碱0.1-1m；

23、所述负极电解液包括如下组分：

24、铁盐0.3-0.8m；

25、dipso盐0.36-0.96m；

26、碱0.1-1m。

27、优选的，所述亚铁氰化物包括亚铁氰化钾、亚铁氰化钠、亚铁氰化锂、亚铁氰化铵、亚铁氰化镁或亚铁氰化钙中的一种或两种以上；

28、铁氰化物包括铁氰化钾、铁氰化钠、铁氰化锂、铁氰化铵、铁氰化镁或铁氰化钙中的一种或两种以上。

29、优选的，所述电解液由如下步骤制得：将稳定剂直接加入电解液中搅拌混匀制备得到改性后的电解液。

30、电解液中稳定剂浓度为0.01mg/ml～1mg/ml。

31、改性剂具有良好的耐碱能力，作为稳定剂加入到正极电解液中，可以抑制正极活性物质分解，提高电池的稳定性。

32、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请一方面在隔膜预处理时加入聚合物类的改性剂，加强了隔膜阻隔负极配体的能力；另一方面将改性剂加入到正极电解液中，抑制正极活性物质分解，提高电池的稳定性。此类聚合物包括纤维素类和聚丙烯酸类，与小分子添加剂相比有更好的耐碱能力和稳定性。

技术特征：

1.一种碱性全铁液流电池，其特征在于：所述碱性全铁液流电池的隔膜为由改性剂改性的隔膜，所述碱性全铁液流电池的正极电解液和负极电解液中均含有所述改性剂。

2.根据权利要求1所述的碱性全铁液流电池，其特征在于：所述改性剂包括第一高分子和第二高分子中的一种或多种的混合；

3.根据权利要求2所述的碱性全铁液流电池，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的碱性全铁液流电池，其特征在于，所述隔膜由如下步骤制得：

5.根据权利要求4所述的碱性全铁液流电池，其特征在于：所述预设浓度的碱液为0.5ˉ2.5m的naoh或koh水溶液；

6.根据权利要求1所述的碱性全铁液流电池，其特征在于：所述正极电解液包括如下组分：

7.根据权利要求6所述的碱性全铁液流电池，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的碱性全铁液流电池，其特征在于，所述电解液由如下步骤制得：改性剂可以作为一种电解液稳定剂，将稳定剂直接加入电解液中搅拌混匀制备得到改性后的电解液。

9.根据权利要求8所述的碱性全铁液流电池，其特征在于：电解液中稳定剂浓度为0.01mg/mlˉ1mg/ml。

技术总结
本发明涉及液流电池储能领域，公开了一种碱性全铁液流电池。本发明具有以下优点和效果：本发明针对传统碱性全铁液流电池中正极电解液的活性物质亚铁氰化钾或者亚铁氰化钠不稳定，碱性环境中易发生水解，造成容量衰减，同时产生的水解沉淀附着在隔膜表面使电池能效迅速降低，长期稳定性较差的问题，采用在正极电解液中加入稳定剂，用改性剂处理电池隔膜的方法，改善了正极亚铁离子水解导致的容量衰减、能量效率低的问题，使用本电解液和电池隔膜的碱性全铁液流电池保持较高的能量效率且容量保持率提升了15％。

技术研发人员：请求不公布姓名,杜飞越,崔慧雅,李志港
受保护的技术使用者：巨安储能武汉科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15