[发明专利]一种液流电池及其应用

说明书

本发明公开了一种液流电池及其应用。该液流电池包括电池腔体、负极与正极，所述电池腔体中不设置物理隔膜，将具有还原性的溶液A与具有氧化性的溶液C置于电池腔体中，其中溶液A与溶液C互不相溶而分层，溶液A靠近负极一侧，溶液C靠近正极一侧。本发明液流电池不使用物理隔膜，可以显著降低系统的成本，此外，由于溶液A与溶液C互不相溶，可以降低运行过程中短路的风险。本发明液流电池可以应用于电动汽车、航天飞机、潜艇、通讯系统、电站或家用电源等领域。

技术领域

本发明涉及一种液流电池，可应用于电动汽车、航天飞机、潜艇、通讯系统、中小规模电站、家用电源等领域。

背景技术

对新能源和可再生能源的研究和开发，寻求提高能源利用率的先进方法，已成为全球共同关注的首要问题。对中国这样一个能源生产和消费大国来说，既有节能减排的需求，也有能源增长以支撑经济发展的需要，这就需要大力发展储能产业。液流电池是一种高效的储能电池，具有能量密度高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点，是当前储能技术的较优选择。液流电池主要包括无机液流电池及有机液流电池。

无机液流电池主要有锌溴电池、多硫化钠/溴电池、钒液流电池等。其中钒液流电池是唯一实现产业化的液流电池，它不仅可以用作太阳能、风能发电过程配套的储能装置，还可以用于电网调峰。钒液流电池将电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。有机液流电池是使用两种不同电势的有机物作为活性物质的电池，在操作时，将活性物质溶解于溶剂中，中间用隔膜隔开，通过电子得失来实现电能的储存与释放。上述液流电池都需要通过隔膜将阳极和阴极隔开，一方面会有两级电解液的渗漏而导致短路，另一方面隔膜的高昂价格导致系统成本高，大规模应用受阻。

CN201910685741.0公开了一种不需要设置质子交换膜对反应腔室进行隔离的液流电池。在此电池中，通过设置在阳极与阴极的催化剂，可以选择性催化还原剂与氧化剂。但是由于还原剂与氧化剂处于同一种混合工质，在含能液体单腔体选择性发电的过程中，随着负极附近混合工质中含能剂如葡萄糖水溶液、乙醇水溶液、维生素C水溶液和琥珀酸水溶液中的任一种的消耗及正极附近混合工质中丙酮溶液和维生素B水溶液的消耗，远离负、正极的葡萄糖水溶液等与丙酮溶液等需要分别向两极扩散，两种工质的扩散速度对电池效率有较大影响；此外，负极附近存在的葡萄糖水溶液等与正极附近存在的丙酮溶液等会降低电池的效率。

发明内容

本发明提供了一种高能量密度的液流电池及其应用，主要解决传统液流电池使用隔膜导致成本高的问题，以及无膜液流电池还原剂与氧化剂混合导致的运行过程中短路、漏电及效率低的风险。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种液流电池，包括电池腔体、负极与正极，所述电池腔体中不设置物理隔膜，将具有还原性的溶液A与具有氧化性的溶液C置于电池腔体中，其中溶液A与溶液C互不相溶，溶液A靠近负极一侧，溶液C靠近正极一侧。

上述技术方案中，优选地，溶液A中的溶质A为醌磺酸支链化的蒽醌二羟基二苯并环己酮四羟基二苯并环己酮六环己酮N-甲基邻苯二甲酰亚胺4,4,5,5-四甲基-2-苯基-1-咪唑烷等中的一种或多种。

上述技术方案中，优选地，溶液A中的溶剂A为离子液体，所述离子液体为咪唑类和季胺类离子液体中的至少一种，比如但不限于1-正丁基-1-甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亚胺(PYR14TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMITFSI)等中的至少一种。

上述技术方案中，优选地，溶液A的浓度为0.01～10mol/L，优选为0.1～5mol/L，进一步优选为0.1～2mol/L，更进一步优选为0.1～1mol/L。

上述技术方案中，优选地，溶液C中的溶质C为等中的至少一种。