[发明专利]一种茜素类液流电池负极电解液及采用它的茜素类液流电池

说明书

技术领域

本发明涉及到一种茜素类液流电池负极电解液及采用它的液流电池。

技术背景

化石能源的消耗与需求的日益增长带来了环境污染和能源危机等问题，严重的威胁着人类的生存与发展。大力开发和利用太阳能、风能和水能等可再生清洁能源能够有效的降低对化石能源的依赖和环境污染。但是，可再生能源固有的波动性和即时性的非稳定特点制约了其广泛应用。而发展高效的储能技术能够推进可再生能源技术市场发展和确保国家资源的能源安全。

液流电池(RFB)作为一种绿色、高效地大规模能量储存和转换装置，受到了学术界、工业界和各国政府的关注。目前，较为成熟的液流电池主要为全钒液流电池(VRFB)。VRFB具有寿命长、启动快、安全高效和设计灵活等众多优势，可广泛应用于可再生能源转化、紧急备用电源、电动汽车、无人机等领域，成为发展最快和技术最为成熟的液流电池。然而，VRFB活性物质普遍为体积较小的荷正电的金属离子，普遍存在电解液渗透的问题，严重影响了电池的能量效率与工作寿命。同时，钒离子在碳电极上反应活性较差，限制了电池的功率密度。另外，VOSO₄价格昂贵，且有较高的毒性，制约了液流电池在更广泛领域的应用。

因此，开发新型高性能液流电池体系是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术液流电池的不足之处，并提供一种茜素类液流电池负极电解液，并以该电解液为基础构建一种能量效率高、循环寿命长、功率密度大、安全可靠的新型茜素类液流电池。

根据本发明的一个方面，提供了一种液流电池用负极电解液，其为一种碱性水溶液，该碱性水溶液包含：

从以下物质中选出的至少一种：

-茜素，

-茜素的衍生物，以及

-茜素与其衍生物的混合物，

以及

从以下物质中选出的至少一种：

-氢氧化钠，

-氢氧化钾，

-氢氧化钠与氢氧化钾的混合物。

根据本发明的一个进一步的方面，提供了一种茜素类液流电池，其特征在于包括：

正电极、负电极、腔室、隔膜、正极电解液、负极电解液、储液罐、输液管、液体泵，

其中

正极电解液为从以下物质中选出的一种：

亚铁氰化钾与氢氧化钾的水溶液，

亚铁氰化钾与氢氧化钠的水溶液，

亚铁氰化钾与氢氧化钾和氢氧化钠的水溶液，

负极电解液为上述的液流电池用负极电解液。

附图说明

图1显示了根据本发明的一个实施例的茜素氟蓝(3-茜素甲基胺-N，N-二乙酸)溶液作为负极电解液的工作原理图。

图2显示了根据本发明的一个实施例的茜素类液流电池的构造和工作原理图。

图3(a)-3(d)显示了电解质浓度为0.4M，使用Nafion211膜，正负极体积比为3:1时的茜素氟蓝液流电池性能。其中，图3(a)显示了电压特性曲线；图3(b)显示极化、功率曲线；图3(c)显示不同工作电流下电流、电压与能量效率；图3(d)显示循环性能。

具体实施方式

本发明的目的是为了克服现有技术液流电池的不足之处，并提供一种茜素类液流电池负极电解液，并以该电解液为基础构建一种能量效率高、循环寿命长、功率密度大、安全可靠的新型茜素类液流电池。根据本发明的一个实施例的该电解液的工作原理如图1所示(以茜素氟蓝电解液为例)。以该电解液为基础构建的、根据本发明的一个实施例的新型茜素类液流电池的工作原理图如图2所示；该电池的性能如图3(a)-3(b)所示。

根据本发明的一个实施例的茜素类液流电池负极电解液包括茜素或其衍生物的碱性水溶液。其中，所使用的茜素及其衍生物包括以下物质之一：

-从茜素(1,2-二羟基蒽醌)、茜素红(1,2-二羟基蒽醌-3-磺酸)、茜素氟蓝(3-茜素甲基胺-N，N-二乙酸)中选出的至少一种；以及

-从茜素(1,2-二羟基蒽醌)、茜素红(1,2-二羟基蒽醌-3-磺酸)、茜素氟蓝(3-茜素甲基胺-N，N-二乙酸)中选出的至少两种的混合物。

根据本发明的一个实施例的茜素类液流电池负极电解液所使用的碱包括以下物质之一：

-氢氧化钠，

-氢氧化钾，以及

-氢氧化钠和氢氧化钾的混合物。