一种碱性全铁液流电池容量恢复的方法

本发明属于液流电池相关，更具体地，涉及一种碱性全铁液流电池容量恢复的方法。

背景技术：

1、液流电池是一种以电解液为储能组分的电化学储能装置。其中，水系碱性全铁液流电池体系兼顾低成本、活性物质储量丰富、高安全性、长循环稳定性以及容量与功率解耦等优点。是最近兴起的全新体系，并发展迅速，有取代全钒液流电池体系的潜质。相较于其他液流电池体系，碱性全铁液流电池有其独特的容量衰减机制。

2、更具体而言，一方面，碱性全铁液流电池的负极电解液活性物质为多羟基螯合试剂与铁所形成的螯合物，在配制过程中，多羟基螯合试剂需要过量20%以上，以保证铁螯合物不分解；另一方面，碱性全铁液流电池的正极电解液活性物质为亚铁氰化物，当进行充电时亚铁氰化物转换成铁氰化物。铁氰化物在碱性条件下具备强氧化性，能轻易氧化一系列有机物（从负极穿膜而来的额多羟基螯合试剂以生产过程中未反应完的底物），而自身作为氧化剂被还原为亚铁氰化物。

3、然而，进一步的研究表明，目前的碱性全铁液流电池在电池性能上容易表现为容量衰减的现象，而现有技术中缺乏对此过程的机理研究与应对手段。相应地，本领域亟需找到一种适于将碱性全铁液流电池实现容量恢复的解决方案，以便更好地满足其在各类复杂工况下的应用需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或需求，本发明的目的在于提供一种碱性全铁液流电池容量恢复的方法，其中通过对碱性全铁液流电池的电池容量衰减机理进行重点研究分析，并在此基础上提出对电池负极执行通入氧气的针对性操作，相应能够使得全铁液电池因正负极间窜液导致的容量衰减得以接近100%的恢复，同时构成一种简单快捷、低成本且有效的全铁液流电池维护方案。

2、为实现上述目的，按照本发明，提供了一种碱性全铁液流电池容量恢复的方法，其特征在于：

3、所述碱性全铁液流电池以亚铁氰化物作为正极活性物质，同时以铁/多羟基螯合物作为负极活性物质，整个电池体系的ph大于12；

4、当该碱性全铁液流电池表现为容量衰减时，向该流电池的负极电解液通入足量的氧气，并且通过该氧气将电池负极积累的充电态氧化转变为放电态，由此实现流电池的容量恢复。

5、进一步优选地，所述正极活性物质优选为以下物质中的一种或多种：亚铁氰化钠、亚铁氰化钠、亚铁氰化锂、亚铁氰化铵、铁氰化钠、铁氰化钠、铁氰化锂、铁氰化铵。

6、进一步优选地，所述负极活性物质优选为铁与多羟基螯合试剂在碱性条件下所形成的铁/多羟基螯合物。

7、进一步优选地，所述多羟基螯合试剂优选为以下物质中的一种或多种：三乙醇胺（tea）、3-[n-n-双(2-羟乙基)氨基]-2-羟基丙磺酸（dipso）、三异丙醇胺（tipa）、3-[n-n-双(2-羟乙基)氨基]-2-羟基丙磺酸（bis-tris）、三羟基甲基氨基甲烷（tris）。

8、进一步优选地，所述氧气的纯度优选至少为99%。

9、进一步优选地，所述氧气优选为纯度为99%的商品氧气、纯度为99.9%的高纯度氧气，纯度为99.99%的医用氧气，或者液氧。

10、进一步优选地，所述氧气的通入方式优选如下：在碱性全铁液流电池系统的循环泵开起状态下，通过配套的管道往负极储液罐中的电解液中通入氧气。

11、进一步优选地，上述方法还包括对碱性全铁液流电池的容量衰减监控步骤，并根据衰减监控数据来调控所通入氧气的量。

12、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下技术优点：

13、（1）本发明对碱性全铁液流电池的电池容量衰减机理进行了重点研究分析，并开创性提出电池容量的衰减来自于负极中多羟基螯合物穿透阳离子交换膜，同时将正极活性物质的充电态还原至放电态，从而引起负极活性物质以充电态形式积累，不能进行正常的充放电；

14、（2）本发明在以上电池衰减机理的研究基础上，针对性选择向该流电池的负极通入足量的氧气，并且通过该氧气将电池负极积累的充电态氧化转变为放电态，由此实现了电池的容量恢复；

15、（3）本发明还进一步对碱性全铁液流电池的正负极材质、氧气类型及通入方式等方面作出改进，较多的实际测试表明，能够使得全铁液电池因正负极间窜液导致的容量衰减得以接近100%的恢复；

16、（4）本发明的整个工艺过程在原材料方面，其成分简单、取材广泛，价格低廉；在制备流程方面，其操作简单、便于控制，并且无需额外添加的复杂配套设备和处理手段，有效解决了碱性全铁液流电池的容量恢复问题，并便于实现大规模的批量化生产。

技术特征：

1.一种碱性全铁液流电池容量恢复的方法，其特征在于：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正极活性物质为以下物质中的一种或多种：亚铁氰化钠、亚铁氰化钠、亚铁氰化锂、亚铁氰化铵、铁氰化钠、铁氰化钠、铁氰化锂、铁氰化铵。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述负极活性物质为铁与多羟基螯合试剂在碱性条件下所形成的铁/多羟基螯合物。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多羟基螯合试剂为以下物质中的一种或多种：三乙醇胺（tea）、3-[n-n-双(2-羟乙基)氨基]-2-羟基丙磺酸（dipso）、三异丙醇胺（tipa）、3-[n-n-双(2-羟乙基)氨基]-2-羟基丙磺酸（bis-tris）、三羟基甲基氨基甲烷（tris）。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氧气的纯度至少为99%。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氧气为纯度为99%的商品氧气、纯度为99.9%的高纯度氧气，纯度为99.99%的医用氧气，或者液氧。

7.如权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述氧气的通入方式优选如下：在碱性全铁液流电池系统的循环泵开起状态下，通过配套的管道往负极储液罐中的电解液中通入氧气。

8.如权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，上述方法还包括对碱性全铁液流电池的容量衰减监控步骤，并根据衰减监控数据来调控所通入氧气的量。

技术总结
本发明属于液流电池相关技术领域，并公开了一种碱性全铁液流电池容量恢复的方法，该方法包括：针对以亚铁氰化物、铁/多羟基螯合物分别作为正极活性物质和负极活性物质的碱性全铁液流电池，当该碱性全铁液流电池表现为譬如20%以下的容量衰减时，向该流电池的负极电解液中通入足量的氧气，并且通过该氧气将电池负极积累的充电态氧化转变为放电态，由此可实现电池的容量恢复。通过本发明，能够使得全铁液电池因正负极间窜液导致的容量衰减得以接近100%的恢复，同时构成一种简单快捷、低成本且有效的全铁液流电池维护方案。

技术研发人员：段将将,郭锦华,汪林锋,刘沛,杨文栋,孟锦涛
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5