一种有机相电解液及其在液流电池负极中的应用的制作方法

本发明属于储能氧化还原液流电池领域，特别涉及一种有机相液流电池负极电解液。

背景技术：

氧化还原液流电池(Redox flow battery，RFB)由于其具有成本低、安全性高等优点被认为是目前最有前景的大规模储能技术之一。通过把溶解有活性物的电解液储存在外部的储液罐里，能量容量和功率密度实现了独立可调，从而为各种功率和能量储存规模的RFB提供了设计自由度。传统的RFB虽然取得了重大商业化的进展，但是大多数RFB体系的能量密度都小于25Wh L^-1，限制了其进一步的应用。这个主要是由于作为溶剂水的电化学窗口较窄导致的。比较而言，有机溶剂的电化学窗口较宽，并且电化学稳定性较好。因此，基于有机溶剂的RFB可以拥有很高的能量密度，受到了广泛的关注。

现有的有机相RFB的研究主要集中在寻找可行的活性物质，比如金属配合物、有机物等。但是金属配合物作为活性物质具有制备过程复杂，价格昂贵，溶解度低等缺点。有机物作为活性物可以很好的解决上述问题。然而，目前大多数的有机相液流电池的正极电解液比负极电解液表现出较好的电化学性能。因此，急需开发具有较低电势和较高电化学性能的负极电解液。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有较低电化学势和较高电化学性能的有机相液流电池负极电解液。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

有机相电解液，由活性物质、支持电解质和有机溶剂组成，其中：

所述活性物质为二苯甲酮及其衍生物、蒽酮及其衍生物或者二苯甲酰甲烷及其衍生 物；

所述支持电解质为不参加电化学反应的四乙基六氟磷酸铵、四乙基四氟硼酸铵、四丁基六氟磷铵或者四丁基四氟硼酸铵；

所述有机溶剂为乙腈、四氢呋喃、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙二醇二甲醚或者乙二醇二乙醚；

所述二苯甲酮及其衍生物为二苯甲酮、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；

所述蒽酮及其衍生物为蒽酮、2，2’-二甲基蒽酮、3，3’-二甲基蒽酮、4，4’-二甲基蒽酮、5，5’-二甲基蒽酮、2，2’-二甲氧基蒽酮、3，3’-二甲氧基蒽酮、4，4’-二甲氧基蒽酮或者5，5’-二甲氧基蒽酮；

所述二苯甲酰甲烷及其衍生物可为二苯甲酰甲烷、2,2-二甲基-1,3-二苯基-1,3-丙二酮、1,3-二(4-甲氧基苯基)-1,3-丙二酮、1,3-二(4-甲基苯基)-1,3-丙二酮、2,2-二甲基-1,3-二(4-甲氧基苯基)-1,3-丙二酮或者2,2-二甲基-1,3-二(4-甲基苯基)-1,3-丙二酮。

在上述技术方案中，支持电解质的摩尔浓度为0.01-5.0mol/L，优选0.5—2mol/L；活性物质的摩尔浓度可为0.001-3.0mol/L，优选0.1—2mol/L。

在上述技术方案中，支持电解质和活性物质的摩尔比为(1—5)：1，优选(1—3)：1。

在上述技术方案中，采用或进行限定的组分(不包括有机溶剂)包括只选择一种组分的方式，和选择多种的组分组合方式，在多种组分组合方式中，各个组分的摩尔比为等摩尔比，例如等摩尔比的四乙基六氟磷酸铵和四乙基四氟硼酸铵组合作为支持电解质使用，等摩尔比的5，5’-二甲基苯酮和6，6’-二甲基苯酮进行组合使用，等摩尔比的3，3’-二甲氧基蒽酮和1,3-二(4-甲基苯基)-1,3-丙二酮进行组合使用。

在上述技术方案中，有机溶剂根据待使用的支持电解质和活性物质进行选择使用，以能够溶解并形成均匀的有机相溶液为宜，只选择一种有机溶剂进行使用，或者选择多种有机溶剂进行等体积混合使用。

本发明有机相电解液的制备方法，即按照配比需要将支持电解质和活性物质溶于有机溶剂并形成均匀的有机相溶液即可。

本发明的有机相电解液在液流电池负极中的应用，将有机相电解液作为负极电解液进行使用。采用四甲基哌啶氮氧化物、四乙基六氟磷酸铵溶于乙腈，形成正极电解液；液流电池的正负电极选用石墨毡，离子交换膜为有机阴离子交换膜。

与现有技术相比，本发明采用一种有机相液流电池负极电解液，具有较低的电化学势和良好的电化学性能；用其组装的有机相液流电池一方面可以拥有较高的开路电压，提高电池的能量密度，另一方面降低电池的容量衰减，增加了电池的循环寿命。

附图说明

图1是本发明实施例1中使用二苯甲酮电解液的循环伏安曲线图。

图2是本发明实施例4中使用二苯甲酰甲烷电解液的循环伏安曲线图。

图3是本发明实施例3中使用蒽酮电解液的循环伏安曲线图。

图4是本发明实施例5中使用二苯甲酮电解液电池的循环充放电图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

称取二苯甲酮、四乙基六氟磷酸铵溶于乙腈中配成25ml电解液。二苯甲酮和四乙基六氟磷酸铵在乙腈中的摩尔浓度分别是0.01mol/L和0.1mol/L。将上述电解液通入氮气除氧后，用三电极体系测试，得到二苯甲酮电解液的循环伏安曲线，参比电极、对电极和工作电极分别是Ag/Ag⁺电极、石墨电极和玻碳电极。

实施例2

称取二苯甲酮、四乙基四氟硼酸铵溶于乙腈中配成30ml电解液。二苯甲酮和四乙基四氟硼酸铵在乙腈中的摩尔浓度分别是0.01mol/L和0.03mol/L。将上述电解液通入氮气除氧后，用三电极体系测试，得到二苯甲酮电解液的循环伏安曲线。参比电极、对电极和工作电极分别是Ag/Ag⁺电极、石墨电极和玻碳电极。

实施例3

称取蒽酮、四乙基四氟硼酸铵溶于乙腈中配成25ml电解液。蒽酮和四乙基四氟硼酸铵在乙腈中的摩尔浓度分别是0.01mol/L和0.3mol/L。将上述电解液通入氮气除氧后，用三电极体系测试，得到蒽酮电解液的循环伏安曲线。参比电极、对电极和工作电极分别是Ag/Ag⁺电极、石墨电极和玻碳电极。

实施例4

称取二苯甲酰甲酮、四乙基六氟磷酸铵溶于乙腈中配成25ml电解液。二苯甲酰甲酮和四乙基六氟磷酸铵在乙腈中的摩尔浓度分别是0.01mol/L和0.1mol/L。将上述电解液通入氮气除氧后，用三电极体系测试，得到二苯甲酰甲酮电解液的循环伏安曲线，参比电极、对电极和工作电极分别是Ag/Ag⁺电极、石墨电极和玻碳电极。

实施例5

按实例1方法配置50ml二苯甲酮负极电解液。称取四甲基哌啶氮氧化物、四乙基六氟磷酸铵溶于乙腈中配成50ml正极电解液，活性物质和支持电解质四乙基六氟磷酸铵在乙腈中的摩尔浓度分别是0.003mol/L和0.5mol/L，将上述电解液分别加入正极储液罐和负极储液罐，用液流电池系统进行充放电测试并记录数据。液流电池的正负电极为2cm×2cm×0.5cm的石墨毡，离子交换膜为有机阴离子交换膜(市购自天津市蓝水晶净化制冷设备技术有限公司)，充放电电流密度为0.5mA/cm²。

依照上述发明内容的有机相电解液的配方，进行组分和含量的调整，均能够进行电解液的配置。按照上述实施例的测试方式进行性质测试，基本展现出形状一致的循环伏安曲线图和循环充放电图，用其组装的有机相液流电池一方面可以拥有较高的开路电压，提高电池的能量密度，另一方面降低电池的容量衰减，增加了电池的循环寿命。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。