[发明专利]一种锌有机混合液流电池的阴极深共晶电解液及其液流电池

说明书

本发明属于新能源领域，具体涉及一种锌有机混合液流电池的阴极深共晶电解液及其液流电池。由具有氧化还原活性的联苯二酚衍生物、含锌盐的深共晶溶剂以及共溶剂组成阴极深共晶电解液。本发明提供的电解液可高浓度地溶解阴极电活性有机物种，具有体积比容量高、氧化还原电位高、循环稳定性好和环境友好等优点。本发明还提供了一种基于深共晶溶剂体系的锌有机混合液流电池。基于深共晶溶剂的锌有机混合液流电池具有高工作电压、高能量密度，长循环寿命和安全环保等优点，在可再生能量的规模储电以及电网调峰领域有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于新能源领域，具体涉及一种锌有机混合液流电池的阴极深共晶电解液及其液流电池。

背景技术

液流电池以及混合液流电池是当前最有前途的可再生能源储存技术(Adv.Mater.2019,31,1902025)，其通过不同氧化还原活性物种之间的价态转换实现化学能与电能之间的转换。由于氧化还原活性物种储存在电池的外部，液流电池的能量与功率输出可依据需求独立设计(J.Mater.Chem.A,2017,5,7944)。

锌基混合液流电池是混合液流电池的典型代表，具有能量密度高和成本低等优点，非常适合于大规模固定型储能应用。锌基混合液流电池通常由锌阳极与卤素基液流阴极(如多溴或多碘化物)组合得到(Nat.Commun.2015,6,6303)。

然而，阴极使用高的毒性和挥发性的多溴或多碘化物，具有潜在的环境危害。尽管有研究显示，可通过在阴极电解液中加入配位物种来络合生成的溴，然而这类添加剂要么价格昂贵，要么不能有效抑制溴的挥发(Electrochim.Acta,2014,127,397；J.Electrochem.Soc.,2017,164,A3342；)。

因此，使用环境友好的电活性有机分子代替多溴或多碘化物，作为锌基混合液流电池的阴极活性电解质，不仅可显著提升其比容量和能量密度，而且兼有长循环寿命、低成本和高安全性的优势(ACS Energy Lett.2017,2,2,411)。此外，用于液流电池储能的有机分子具有高度可设计的分子结构，即可通过结构单元的选择与增减调控其理论比容量、电化学性质和物化性质，现有的用于液流电池储能的有机分子的溶解度较低，大都在0.1M以下，导致液流电池的能量密度偏低。

深共晶溶剂(DES)是一类基于氢键作用形成的具有常温熔点的无水溶液体系，通常包含作为氢键受体的第一组分和作为氢键供体的第二组分，其在特定比例下形成共晶点的混合物。

由于DES可高浓度地溶解电活性物种，而且具有高的设计自由度，基于DES的电解质体系被认为是一类极具发展潜力的高比容量、低成本和绿色的液流电池活性电解液(Energy Environ.Sci.,2016,9,2267)。DES包含的配位和氢键物种通常具有高水溶性和强吸湿性。当水含量限定在一定范围内时，水分子倾向于相互隔离，DES的基本性质不受影响。这一特性可用于开发对锌阳极具有特殊适应性的新型含水DES电解质体系(Nano Energy,2019,57,625)。

文献中关于DES的研究均集中于锂离子电池或液流电池的无水体系中，且所用液流电池两侧的现有活性物质均为氯化物，比如氯化铝、氯化铁、氯化钒和氯化铜等。

发明内容

本发明提供了一种锌有机混合液流电池的阴极深共晶电解液，其由深共晶溶剂、共溶剂以及阴极活性物种联苯二酚衍生物组成，其中，深共晶溶剂由可提供强氢键作用的有机分子和锌盐组成；本发明通过氢键作用，在共溶剂协助下，实现将阴极活性物种联苯二酚衍生物高浓度地溶解于绿色环保的深共晶溶剂体系，提高了阴极有机活性电解质的溶解度，从而增强了锌有机混合液流电池的体积比容量和能量密度。这种液流电池的库仑效率在40个充放电中一直保持100％，电压效率在85％以上，能量效率在77％以上。

其中，深共晶溶剂由组分A和组分B组成，所述的组分A为可提供氢键作用的水溶性有机分子，所述的组分B为锌盐。