[发明专利]一种硝基苯类有机非水系液流电池

说明书

本发明属于电化学储能领域，涉及一种硝基苯类有机非水系液流电池。该电池以具有较高溶解度、良好电化学可逆性及化学稳定性的硝基苯类分子为负极活性物质，以2,5‑di‑tert‑butyl‑1‑methoxy‑4‑[2′‑methoxyethoxy]benzene(DBMMB)或其他有机非水系正极活性物质，构建了一种新型有机非水系液流电池。该电池具有成本低、能量密度高、电池性能优异等优点，作为储能电池在风能、光伏等可再生能源发电及电网调峰、调频等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，特别涉及一种硝基苯类有机非水系液流电池。

背景技术

近年来，为解决目前能源短缺、环境污染和温室效应等问题，世界各国都在大力发展风能，潮汐能和太阳等可再生清洁能源。但这些可再生能源的间歇性、波动性、时变性强等特点会对电网产生巨大的冲击，进而阻碍了这些新能源的进一步发展和利用。因此开发低成本、高效、可靠的大规模储电系统成为了解决这个问题的有效途径。在现有的储电技术中，氧化还原液流电池被视为解决这一问题的方案。液流电池作为一种低成本，安全，高效的能量存储装置，具有容量和功率相互独立、可扩展性好，安全性好，循环寿命长，响应时间短等优势，可以在峰值将风能，太阳能等储存起来，然后在谷值将能量释放，从而为这些新能源技术并入智能集成电网提供了可能。典型的液流电池包括几个主要组成部分：储液罐，电池反应堆和蠕动泵。液流电池的活性物质储存在储液罐中，通过泵的驱动达到电池堆，并在电池反应堆中发生氧化还原反应，电子通过集流体流向外电路。

目前，研究的液流电池体系主要包括全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池等无机水系液流体系。但是，无机电活性物质种类较少，且许多无机元素比如钒、溴，要么溶解度偏低、价格昂贵，要么具有较大的环境危害性。相比于无机物，有机电活性化合物可选择的种类繁多，并且在分子结构上具有可设计性，即可通过增加官能团来调控电活性物质的电位、溶解度以及动力学参数等重要性质。此外，目前所研究的无机水系液流体系主要的缺点是开路电压低。受限于水的分解电压，这类电池的最大电压不超过1.5V。所以，近年来越来越多的研究关注于开发非水系的有机电活性分子，其中苯醌类、TEMPO类、吩嗪类和二茂铁类有机活性分子都已被报道，并表现出较好的电化学性能。但是，目前已经报道的有机分子具有合成成本高，以及电池能量密度低的缺点。而硝基苯类电活性分子作为便宜的化工合成原料，具有生产成本低，氧化还原电位合适，及在有机溶剂中溶解度高等优点，使其具有较大的潜在利用价值。此外，将硝基苯类电活性物质作为有机液流电池的负极目前并未报道。

发明内容

本发明提出一种全新的硝基苯类有机非水系液流电池，该电池具有成本低，能量密度高等优点。

为了实现上述目的，本发明提出以下技术方案是：

一种硝基苯类有机非水系液流电池，以电活性硝基苯类分子作为负极活性物质，以2,5-di-tert-butyl-1-methoxy-4-[2′-methoxyethoxy]benzene(DBMMB)或者其他有机非水系正极活性物质，构建电化学性能良好的有机非水系液流电池。

所述的硝基苯类有机非水系液流电池，该电池以正极活性物质、负极活性物质、有机溶剂和支持电解质的混合物为电解液，以聚合物微孔膜为隔膜，以多孔的碳素类材料为电极，以致密的碳素类材料为双极板。

所述的硝基苯类有机非水系液流电池，在该硝基苯类有机非水系液流电池中，负极活性物质为硝基苯类化合物，其分子结构中均含有硝基苯基团，结构如下：

其中，R分别选自-H、-OH、-CH₃、-CHO、-Cl、-Br、-COOH、-SO₃H、-PO₃H、-COCH₃、-NO₂中的一个或两个以上。