[发明专利]水性纳米聚合物液流电池系统

说明书

本发明公开了一种水性纳米聚合物液流电池系统，包括正极活性物质和负极活性物质，其中TEMPO功能化聚合物纳米颗粒作为正极活性物质，紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒作为负极活性物质，所述TEMPO功能化聚合物纳米颗粒的化学结构式为：所述紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒的化学结构式为：该水性纳米聚合物液流电池系统适用于盐穴体系(利用原位生成的电解液)的电池环境，具有成本低、活性材料易制备、稳定性高、响应速度快、绿色环保等优点。

技术领域

本发明属于液流电池领域，具体涉及一种水性纳米聚合物液流电池系统。

背景技术

随着人类经济快速发展，环境污染和能源短缺等问题日益加剧，促使世界各国广泛开发利用风能、太阳能、潮汐能等可再生能源。然而这些可再生能源具有不连续、不稳定、受地域环境限制和并网难的特性，导致其利用率低，弃风弃光率高，浪费资源。因此需要大力发展可与其配合使用的高效、廉价、安全可靠的储能技术。

在各种电化学储能策略中，相对于静态电池比如锂离子电池和铅酸电池，液流电池 (RedoxFlowBatteries,RFBs)有几个特别的技术优点，最适于大规模(兆瓦/兆瓦时)的电化学能源储存，比如相对独立的能量和功率控制、大电流大功率运行(响应快)、安全性能高(主要是指不易燃烧和爆炸)等。氧化还原活性物质是液流电池能源转化的载体，也是液流电池中最核心的部分。目前商业化的全钒液流电池利用无机材料作为活性物质，无机材料成本高、毒性、资源有限和电化学活性低等缺点限制了全钒液流电池大规模利用。

聚合物具有良好的稳定性和多样化的设计性，近几年作为液流电池的活性物质被广泛研究。为解决传统液流电池稳定性差、能量效率低、对环境有污染等难题，设计引入具有优异的电化学活性的紫罗碱和TEMPO功能化的聚合物作为氧化还原电对，得到具有稳定性强、安全性好、配置灵活、响应速度快、绿色环保等突出优势的有机聚合物氧化还原液流电池，为大规模的电化学储能技术的应用提供了有力的支撑。同时，引入大分子聚合物，用更经济、对尺度敏感的透析膜和微孔膜替代价格高昂的Nafion离子交换膜，即可有效防止离子间的交叉污染，大大降低了液流电池的成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种水性纳米聚合物液流电池系统，该水性纳米聚合物液流电池系统内包含TEMPO功能化聚合物纳米颗粒(简称为Poly(TEMPO-co-APTMACl))和紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒(简称为Poly(SVBD-co-APTMACl))，含TEMPO功能化聚合物纳米颗粒可作为正极活性物质，紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒可作为负极活性物质，在充放电过程中，选用便宜的渗透膜作为离子交换隔离膜，降低了电池成本的同时也提高了电池的离子通过性，进一步提高了该水性纳米聚合物液流电池系统的有效放电容量和能量效率。

根据本发明实施例的水性纳米聚合物液流电池系统，包括正极活性物质和负极活性物质，其中TEMPO功能化聚合物纳米颗粒作为所述正极活性物质，紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒作为所述负极活性物质，所述TEMPO功能化聚合物纳米颗粒的化学结构式为：

其中，TEMPO作为最主要的氧化还原活性位点，利用聚合物上所连接的季铵盐增加溶解度；

所述紫罗碱功能化聚合物纳米颗粒的化学结构式为：

其中，紫罗碱作为主要的氧化还原活性位点，利用聚合物上所连接的季铵盐和磺酸基增加溶解度。