本發(fā)明屬于儲(chǔ)能氧化還原液流電池領(lǐng)域，特別涉及一種有機(jī)相氧化還原液流電池電解液。

背景技術(shù)：

氧化還原液流電池是一種將溶有電活性物質(zhì)的正負(fù)極電解液儲(chǔ)存在外置的儲(chǔ)液罐里的裝置。由于其這個(gè)特性，液流電池技術(shù)具有成本低、規(guī)模大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因而被用于大規(guī)模電能的儲(chǔ)備系統(tǒng)。傳統(tǒng)的液流電池使用水作為溶劑，限制了電池電壓，導(dǎo)致系統(tǒng)的總能量密度低。近年來(lái)，很多研究者使用具有較寬電化學(xué)窗口的有機(jī)溶劑替代水開發(fā)出有機(jī)相的液流電池。

目前，有機(jī)相的液流電池的研究主要集中在以金屬配合物為活性物質(zhì)的研究。然而，大多數(shù)金屬配合物活性物質(zhì)的合成過(guò)程較為繁雜，成本較高，同時(shí)在有機(jī)溶劑中的溶解能力有限。一般地，有機(jī)物在有機(jī)溶劑里具有較高的溶解度，因此選用有機(jī)物作為活性物質(zhì)的有機(jī)相液流電池受到了廣泛關(guān)注。但是，由于有機(jī)物的副反應(yīng)多，電池的庫(kù)倫效率低、穩(wěn)定性差；同時(shí)，當(dāng)正極電解液和負(fù)極電解液使用兩種不同活性物質(zhì)發(fā)生串液時(shí)，導(dǎo)致電池的電解液失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有機(jī)相電解液,可用于液流電池。這種有機(jī)相液流電池電解液具有電解液制備簡(jiǎn)單、開路電壓高、能量效率高以及穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種有機(jī)相氧化還原電解液，由正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)、支持電解質(zhì)和有機(jī) 溶劑組成，其中：

所述負(fù)極活性物質(zhì)為二苯甲酮、2，2’-二甲基苯酮、3，3’-二甲基苯酮、4，4’-二甲基苯酮、5，5’-二甲基苯酮、6，6’-二甲基苯酮、2，2’-二甲氧基苯酮、3，3’-二甲氧基苯酮、4，4’-二甲氧基苯酮、5，5’-二甲氧基苯酮或者6，6’-二甲氧基苯酮；

所述正極活性物質(zhì)為1，4-二甲氧基苯、2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯、1,4-二(2-甲氧基乙氧基)-2,5-二叔丁基苯、2，4，6-三溴苯甲醚、噻蒽、N-甲基吩噻嗪、N-乙基吩噻嗪或者吩噻嗪；

所述支持電解質(zhì)為不參加電化學(xué)反應(yīng)的四乙基銨六氟磷酸鹽、四乙基銨四氟硼酸鹽、四乙基銨高氯酸鹽、四丁基銨六氟磷鹽、四丁基銨四氟硼酸鹽或者四丁基銨高氯酸鹽；

所述有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙腈、四氫呋喃、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、乙二醇二甲醚或者乙二醇二乙醚；

在上述技術(shù)方案中，支持電解質(zhì)的摩爾濃度為0.01-8.0mol/L，優(yōu)選0.5—2mol/L；正極活性物質(zhì)的摩爾濃度可為0.001-5.0mol/L，優(yōu)選0.1—3mol/L；負(fù)極活性物質(zhì)的摩爾濃度可為0.001-5.0mol/L，優(yōu)選0.1—3mol/L。

在上述技術(shù)方案中，支持電解質(zhì)，正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)的摩爾比為(1—5)：1：1，優(yōu)選(1—3)：1：1。

在上述技術(shù)方案中，支持電解質(zhì)、正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)(即采用“或”進(jìn)行限定的組分)包括只選擇一種組分的方式，和選擇多種的組分組合方式，在多種組分組合方式中，各個(gè)組分的摩爾比為等摩爾比，例如等摩爾比的四乙基銨六氟磷酸鹽和四乙基銨四氟硼酸鹽組合作為支持電解質(zhì)使用、等摩爾比的5，5’-二甲基苯酮和5，5’-二甲氧基苯酮組合作為負(fù)極活性物質(zhì)使用、等摩爾比的1，4-二甲氧基苯和2，4，6-三溴苯甲醚組合作為正極活性物質(zhì)使用。

在上述技術(shù)方案中，有機(jī)溶劑根據(jù)使用的支持電解質(zhì)，正負(fù)極活性物質(zhì)進(jìn)行選擇使用，以能夠溶解并形成均勻的有機(jī)相溶液為宜，可選擇一種有機(jī)溶劑進(jìn)行使用，或者選擇多種有機(jī)溶劑進(jìn)行等體積混合使用。

本發(fā)明有機(jī)相液流電池電解液的制備方法，即按照配比需要將正極活性物質(zhì)，負(fù)極活性物質(zhì)和支持電解質(zhì)溶于有機(jī)溶劑并形成均勻的有機(jī)相溶液即可。

利用本發(fā)明的有機(jī)相氧化還原電解液組成的液流電池，即本發(fā)明的有機(jī)相氧化還原電解液在液流電池中的應(yīng)用，液流電池的正負(fù)電極均選用石墨氈材料，離子隔膜為有機(jī) 陰離子交換膜，本發(fā)明的有機(jī)相氧化還原電解液同時(shí)作為液流電池的正極電解液和負(fù)極電解液，進(jìn)行使用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有機(jī)液流電池相電解液的正極和負(fù)極電解液組分相同，有效避免了因串液引起的電解液失效問(wèn)題；具有較高的開路電壓，電池的能量密度高；活性物質(zhì)穩(wěn)定性好，循環(huán)壽命長(zhǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中使用二苯甲酮/噻蒽電解液的循環(huán)伏安曲線圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例3中使用4，4’-二甲基苯酮/2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯電解液的循環(huán)伏安曲線圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例4中使用4，4’-二甲氧基苯酮/2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯電解液電池的循環(huán)伏安曲線圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例5中使用二苯甲酮/2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯電解液的充放電曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例1

稱取二苯甲酮、噻蒽和四乙基銨六氟磷酸鹽溶于乙腈中配成25mL電解液。二苯甲酮，噻蒽和四乙基銨六氟磷酸鹽在乙腈中的摩爾濃度分別是0.01mol/L，0.01mol/L和0.3mol/L。將上述制備的電解液通入氮?dú)獬鹾?，用三電極體系測(cè)試，得到二苯甲酮/噻蒽電解液的循環(huán)伏安曲線，參比電極、對(duì)電極和工作電極分別是Ag/Ag⁺電極、石墨電極和玻碳電極。

實(shí)施例2

稱取二苯甲酮、2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯和四乙基銨六氟磷酸鹽溶于乙腈中 配成30mL電解液。二苯甲酮，2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯和四乙基銨四氟硼酸鹽在乙腈中的摩爾濃度分別是0.01mol/L，0.01mol/L和0.1mol/L。將上述電解液通入氮?dú)獬鹾?，用三電極體系測(cè)試，得到二苯甲酮/2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯電解液的循環(huán)伏安曲線。參比電極、對(duì)電極和工作電極分別是Ag/Ag⁺電極、石墨電極和玻碳電極。

實(shí)施例3

稱取4，4’-二甲基苯酮、2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯和四乙基銨四氟硼酸鹽溶于乙腈中配成25mL電解液。4，4’-二甲基苯酮，2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯和四乙基銨四氟硼酸鹽在乙腈中的摩爾濃度分別是0.03mol/L，0.03mol/L和0.5mol/L。將上述電解液通入氮?dú)獬鹾?，用三電極體系測(cè)試，得到4，4’-二甲基苯酮/2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯電解液的循環(huán)伏安曲線。參比電極、對(duì)電極和工作電極分別是Ag/Ag⁺電極、石墨電極和玻碳電極。

實(shí)施例4

稱取4，4’-二甲氧基苯酮、2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯和四丁基銨四氟硼酸鹽溶于乙腈中配成50mL電解液。4，4’-二甲氧基苯酮，2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯和四丁基銨四氟硼酸鹽在乙腈中的摩爾濃度分別是0.03mol/L，0.03mol/L和0.3mol/L。將上述電解液通入氮?dú)獬鹾?，用三電極體系測(cè)試，得到4，4’-二甲氧基苯酮/2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯電解液的循環(huán)伏安曲線，參比電極、對(duì)電極和工作電極分別是Ag/Ag⁺電極、石墨電極和玻碳電極。

實(shí)施例5

按實(shí)例2方法配置100mL二苯甲酮/2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯電解液。支持電解質(zhì)四乙基銨六氟磷酸鹽，正極和負(fù)極活性物質(zhì)在乙腈中的摩爾濃度分別是0.5mol/L，0.005mol/L和0.005mol/L。將配置的電解液進(jìn)行充放電測(cè)試:分別在正極儲(chǔ)液罐和負(fù)極儲(chǔ)液罐中加入上述50mL電解液，用液流電池系統(tǒng)進(jìn)行充放電測(cè)試并記錄數(shù)據(jù)。液流電池的正負(fù)電極均為2cm×2cm×0.5cm的石墨氈，離子交換膜為有機(jī)陰離子交換膜(市 購(gòu)自天津市藍(lán)水晶凈化制冷設(shè)備技術(shù)有限公司)，充放電電流密度為0.5mA/cm²。

依照上述發(fā)明內(nèi)容的有機(jī)相電解液的配方，進(jìn)行組分和含量的調(diào)整，均能夠進(jìn)行電解液的配置。按照上述實(shí)施例的測(cè)試方式進(jìn)行性質(zhì)測(cè)試，基本展現(xiàn)出形狀一致的循環(huán)伏安曲線圖和充放電圖，用其組裝的有機(jī)相液流電池一方面可以擁有較高的開路電壓，提高電池的能量密度，另一方面避免了因正負(fù)極電解液串液引起的電解液失效，經(jīng)測(cè)試的平均充放電電流密度達(dá)到0.5—0.8mA/cm²以上。

以上對(duì)本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說(shuō)明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡(jiǎn)單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。