[发明专利]一种有机醌类液流电池及其组建方法

说明书

本发明属于有机液流电池领域，具体涉及一种有机醌类液流电池。本发明摒弃了磺化聚醚醚酮膜的固有观点，选用质子导电率高的磺化聚醚醚酮作为有机醌类液流电池的隔膜，利用有机醌类分子的体积大，且酸性醌类电解液中除了质子不含其他阳离子等特点，利用磺化聚醚醚酮的导电率大且结构稳定等特点，将磺化聚醚醚酮膜应用于有机醌类液流电池中，有效的提高了电池的电压效率，也有效阻止了循环过程中的电化学储能有机活性分子迁移，使其能够完全替代全氟磺酸离子膜，极大地降低了离子交换膜的成本，即降低了有机醌类液流电池的成本，使其应用广泛。

技术领域

本发明属于有机液流电池领域，具体涉及一种有机醌类液流电池及其组建方法。

背景技术

传统的能源形式主要是化石燃料，但是化石燃料的储量有限，大量化石燃料的燃烧会造成不可逆的严重大气污染，这促进了传统能源向新能源转变。

当前为了向绿色和可再生的新能源转变，我国已经建立了许多风能和太阳能发电站，但是风能和太阳能的能源发电都具有间歇性和不稳定性，需要智能的大规模储能系统来实现电能的稳定输出。可充电电池由于其具有响应快、高能量效率和大规模性等优点，在大规模储能上有巨大的应用潜力。其中，利用不同价态的金属钒离子作为电化学活性分子的全钒液流电池已经在大规模储能电站中被证明了其实用性。但是，全钒液流电池中大量使用的钒是一种地球上储量并不丰富的金属(地壳丰度为136ppm)，其市场价格波动大，这使全钒液流电池的价格很大程度受限于钒的价格。为了克服液流电池中的钒资源受限制的问题，近年兴起了使用有机化合物作为电化学活性分子的有机液流电池来替代全钒液流电池，有机液流电池具有满足电网规模电能储存所需成本、耐用性、生态友好性和可持续性等优点，无疑是储能系统中很具有实际应用前景的液流电池。

有机液流电池使用有机氧化还原电对分别作为正负半电池电解液，正负极材料由离子交换膜隔开，充放电时，电池内部主要通过电解液中的氢离子的定向迁移而导通，有机醌类液流电池如图1所示。该有机醌类液流电池的电池反应中不需要任何重金属催化剂或者金属电极材料，这种低成本、绿色的液流电池在储能运用中有良好的发展前景。

为了进一步降低有机醌类液流电池成本，还可以改变电池中的关键材料—离子交换膜。它起着隔离正负极电解液、阻止具有电化学活性有机分子渗透的作用，同时又能让质子通过从而使得电池中电流导通。目前有机液流电池中使用的隔膜主要是全氟磺酸离子交换膜，虽然其稳定性好、质子传导率高，但是其成本高昂，使液流电池系统成本高居不下，制约着电池的广泛使用。因此制备出不含氟、低成本的离子交换膜来替代全氟磺酸离子交换膜对于有机醌类液流电池尤为重要。磺化聚醚醚酮离子交换膜就是一类不含氟的高分子离子交换膜，但是，其电导率比全氟磺酸离子交换膜低近一半([1]Kreuer K D.On thedevelopment of proton conducting polymer membranes for hydrogen and methanolfuel cells[J].Journal of Membrane Science,2001,185(1):29-39.[2]Jung H Y,JeongS,Kwon Y.The effects of different thick sulfonated poly(ether ether ketone)membranes on performance of vanadium redox flow battery[J].Journal of TheElectrochemical Society,2016,163(1):A5090-A5096.)，在大电流密度运行的液流电池中通常会降低电池的能量效率，从而没有被实际应用于液流电池中。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决有机醌类液流电池离子交换膜成本高昂的问题，本发明提供了一种有机醌类液流电池及其组建方法，采用磺化聚醚醚酮隔膜。