[发明专利]一种水系中性有机液流电池

说明书

一种水系中性有机液流电池，包括单电池或者由2个以上单电池组成的电堆。单电池包括正极、隔膜、负极，正极电解液通入正极和隔膜之间，负极电解液通入负极和隔膜之间。正极电解液中的正极电解质为溴盐和溴的络合剂；负极电解液中的负极电解质为紫精或紫精衍生物；或者正极和负极电解液中的电解质均为溴盐、溴的络合剂和紫精或紫精衍生物；溶剂为水。正极发生溴离子的氧化还原反应，负极发生紫精类的单电子或双电子氧化还原反应，无金属元素参与电化学反应。正负极电解质溶液均为中性，电池正负极之间的隔膜采用多孔膜。该电池具有能量密度高，成本低，可持续等特点。

技术领域

本发明属于液流电池领域，具体涉及一种水系有机液流电池。

背景技术

由于化石能源的资源问题和环境污染问题，我们在逐渐提高可再生能源在能源消费中所占比重。但是，风能和太阳能等可再生能源具有不连续、不稳定、不可控的缺点，造成了极大的经济损失和资源浪费。因此需要寻求一种高效、可靠、安全的储能技术来提高可再生能源的质量和利用率。液流电池由于功率、能量可分开调控，不受地域环境限制，安全可靠等优点，成为目前最有前景的大规模储能技术。

目前发展比较成熟的液流电池包括全钒液流电池等，但是全钒液流电池需要使用高浓度的硫酸，对管路造成腐蚀，且钒等金属资源有限，属于不可再生能源。水系有机液流电池由于种类繁多，调控方便，成本低廉，可持续等优点受到了广泛关注。然而水系有机液流电池，如醌溴液流电池等等，普遍采用昂贵的Nafion膜或阴离子交换膜，导致电池电压效率和能量效率低，功率密度小。

发明内容

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

本发明提供一种水系中性液流电池；该电池系统包括一个单电池或者由2个以上单电池组成的电堆。单电池包括正极、隔膜、负极、正极电解液和负极电解液；所述正极电解液通入正极和隔膜之间，所述负极电解液通入负极和隔膜之间；所述正极电解液中的正极电解质为溴盐和溴的络合剂；负极电解液中的负极电解质为紫精或紫精衍生物中的至少一种；或者，所述所述正极电解液和负极电解液相同，且为紫精或紫精衍生物中至少一种和溴盐和溴的络合剂；所述负极电解液和正极电解液的溶剂为水；所述溴盐的浓度是0.1-30mol/L，优选1.2mol/L；所述溴的络合剂的浓度是0.01-30mol/L，优选0.4或0.8mol/L；所述紫精或紫精衍生物的浓度为0.001-5mol/L，优选浓度是0.1，0.2，0.5，0.8或1.0mol/L，所述隔膜为多孔膜。

基于以上技术方案，优选的，所述的电极(正极、负极)为碳毡、石墨板、金属板或者碳布。

基于以上技术方案，优选的，所述溴盐、溴的络合剂为正极电解质中的活性物质，所述紫精、紫精衍生物为负极电解质的活性物质；所述正极发生溴离子的氧化还原反应，负极发生紫精类的单电子或双电子氧化还原反应，无金属元素参与电化学反应。

基于以上技术方案，优选的，所述正极电解液和负极电解液中还包含支持电解质。

基于以上技术方案，优选的，所述溴盐为溴化钠、溴化钾、溴化锂、溴化铵、溴化锌中的一种或一种以上。

基于以上技术方案，优选的，所述溴的络合剂为1-丁基-1-甲基吡咯烷溴化物，1-乙基-1-甲基吡咯烷溴化物，1-乙基-1-甲基哌啶鎓溴化物，1-乙基-3-甲基咪唑溴化物，1-乙基吡啶溴化物，1-(2-羟乙基)吡啶溴化物，四丁基溴化铵、四乙基溴化铵，1-乙基-1-甲基吗啉溴化物中的一种或一种以上。

基于以上技术方案，优选的，所述紫精为N,N-二甲基联吡啶鎓氯化物、N,N-二甲基联吡啶鎓溴化物或N,N-二甲基联吡啶鎓碘化物，所述紫精衍生物为将氮原子上所连接的甲基更换成烷烃、烯烃、炔烃、羧酸、醇、酚、醚、芳烃、卤代烃、醛、酮、腈、磺酸的一种或一种以上。