【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及液流電池領域，尤其涉及一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液及其制備方法。
技術介紹
1、儲能技術是實現風能、太陽能等間歇性清潔能源有效利用和構建新型電力系統的關鍵技術。水系液流電池由于其本征安全性、能量和輸出功率相互獨立可調節等優勢，成為大規模長時儲能領域最具競爭力的技術之一。當前應用最廣的全釩液流電池由于活性材料釩礦資源有限，導致其初裝成本高昂且不穩定。與此同時，該體系電解液呈現強酸性，具有較強的腐蝕性，這些問題阻礙了全釩液流電池的大規模商業化進程。
2、鐵基液流電池主要包括鐵鉻、鐵釩、鋅鐵、硫鐵和全鐵等類型，電池的正極或負極采用鐵鹽作為氧化還原活性物質，通過鐵元素的化合價態變化實現電能和化學能的相互轉換，由于鐵的化合物在地球中儲量豐富且原料易得，在可再生能源儲能領域具有廣闊的應用前景。因此，鐵基液流電池具有低成本和實用性，成為了一種極具潛力的大規模儲能技術。
3、液流電池的容量與電解液的活性物質濃度成正比，提高活性物質濃度可以增加單位體積內的能量儲存量，即體積比容量。然而，目前鐵基液流電池的正極電解液中活性物質溶解的摩爾濃度低，正極電解液的體積比容量低，影響電池的能量密度。而且，由于正極電解液中活性物質的摩爾濃度低，需要添加輔助電解質來促進離子的傳輸，進而會帶來不可避免的原料成本。
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液及其制備方法和應用，以解決目前液流電池正極電解液中
2、為了解決上述技術問題，本專利技術目的之一提供了一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，所述正極電解液由摩爾濃度為0.1-3mol/l的鐵的氰化物和余量的水組成，所述鐵的氰化物含有配陽離子，所述配陽離子為li+、na+、k+和nh4+中的至少兩種。
3、通過采用上述方案，本申請正極電解液中無需添加輔助電解質，添加鐵的氰化物含有至少兩種的配陽離子，通過異離子效應，有效提高了活性物質的溶解度，隨著正極電解液中活性物質濃度的提高，增加了單位體積液流電池正極電解液中可參與電化學反應的活性物質的物質的量，且對應配陽離子總濃度的提高足以支撐離子傳輸，后續應用于組裝鐵基液流電池時，有助于提高液流電池的比容量和循環穩定性，節約了原料成本。正極電解液為中性，在材料成本和配套設備方面，對管路和儲液罐的耐酸堿腐蝕要求不高；在穩定性方面，與常規使用的堿性鐵的氰化物電解液相比，中性電解液的水分解電位更高，因而中性電解液的副反應更少，從而使采用中性電解液的電池更容易獲得優異的循環穩定性能。
4、作為優選方案，所述正極電解液中鐵的氰化物摩爾濃度為1-1.6mol/l。
5、作為優選方案，所述鐵的氰化物為亞鐵氰化物或鐵氰化物。
6、通過采用上述方案，本申請正極電解液組裝液流電池充放電過程中，通過發生氧化還原反應進行fe(cn)64-和fe(cn)63-的轉換，實現fe2+和fe3+的相互轉換，充電時電能轉化為化學能，可以儲存在電解液中，放電時化學能轉化為電能，可以供負載使用。
7、作為優選方案，所述亞鐵氰化物為亞鐵氰化鋰、亞鐵氰化鈉、亞鐵氰化鉀和亞鐵氰化銨中的至少一種。
8、作為優選方案，所述鐵氰化物為鐵氰化鋰、鐵氰化鈉、鐵氰化鉀和鐵氰化銨中的至少一種。
9、作為優選方案，所述配陽離子為li+、na+、k+和nh4+中的至少兩種。
10、作為優選方案，所述鐵的氰化物為摩爾比(1-3)：(1-3)的亞鐵氰化鉀和亞鐵氰化鈉。
11、作為優選方案，所述鐵的氰化物為摩爾比1：1的亞鐵氰化鉀和亞鐵氰化鈉。
12、為了解決上述技術問題，本專利技術目的之二提供了一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液的制備方法，包括以下步驟：將鐵的氰化物溶解在水中，室溫攪拌至完全溶解后，用水標定至所需摩爾濃度對應的體積。
13、為了解決上述技術問題，本專利技術目的之三提供了一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液在制備鐵基液流電池領域中的應用，由于鐵的化合物在地球中儲量豐富且原料易得、成本低廉，鐵基液流電池在儲能技術中具有低成本和實用性，有利于大規模商業化進程。
14、作為優選方案，所述鐵基液流電池包括但不限于鐵鉻液流電池、鐵釩液流電池、硫鐵液流電池、鋅鐵液流電池、全鐵液流電池和有機-鐵液流電池。
15、為了解決上述技術問題，本專利技術目的之四提供了一種鐵基液流電池，采用上述無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，包括正極電解液、負極電解液和隔膜。
16、作為優選方案，所述負極電解液為含有0.1-3mol/l多硫化物的堿性水溶液。
17、作為優選方案，所述多硫化物包括但不限于li2sx、na2sx、k2sx、(nh4)2sx中的至少一種。
18、作為優選方案，所述輔助電解質包括但不限于koh、naoh、lioh、nh4oh中的至少一種。
19、作為優選方案，所述隔膜為陽離子交換膜。
20、作為優選方案，所述隔膜為鉀型全氟磺酸陽離子交換膜。
21、相比于現有技術，本專利技術具有如下有益效果：
22、1、本申請正極電解液無需添加輔助電解質，電解液中含有至少兩種的配陽離子，通過異離子效應，有效提高鐵的氰化物活性物質的溶解度，且對應配陽離子總濃度的提高足以支撐離子傳輸，后續應用于組裝鐵基液流電池時，有助于提高液流電池的比容量，可實現較高的能量密度和循環穩定性，節約了原料成本。
23、2、本申請正極電解液為中性，在配套設備方面對耐酸堿腐蝕要求不高，在穩定性方面，與常規使用的堿性鐵的氰化物電解液相比，中性電解液的水分解電位更高，因而中性電解液的副反應更少，從而使采用中性電解液的電池更容易獲得優異的循環穩定性能。
24、3、由于鐵的化合物在地球中儲量豐富且原料易得、成本低廉，本申請應用的鐵基液流電池在儲能技術中具有低成本和實用性，電池比容量高和充放電循環壽命長，有利于大規模商業化進程。
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1.一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，其特征在于，所述正極電解液由摩爾濃度為0.1-3mol/L的鐵的氰化物和余量的水組成，所述鐵的氰化物含有配陽離子，所述配陽離子為Li+、Na+、K+和NH4+中的至少兩種。
2.如權利要求1所述的一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，其特征在于，所述鐵的氰化物為亞鐵氰化物和/或鐵氰化物。
3.如權利要求2所述的一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，其特征在于，所述亞鐵氰化物為亞鐵氰化鋰、亞鐵氰化鈉、亞鐵氰化鉀和亞鐵氰化銨中的至少一種；所述鐵氰化物為鐵氰化鋰、鐵氰化鈉、鐵氰化鉀和鐵氰化銨中的至少一種。
4.如權利要求2所述的一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，其特征在于，所述配陽離子為Li+、Na+、K+和NH4+中的至少兩種。
5.如權利要求1所述的一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，其特征在于，所述鐵的氰化物為摩爾比(1-3)：(1-3)的亞鐵氰化鉀和亞鐵氰化鈉。
6.一種如
7.一種如權利要求1-6任一所述無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液在制備鐵基液流電池領域中的應用。
8.一種鐵基液流電池，其特征在于，采用如權利要求1-6任一所述無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，包括正極電解液、負極電解液和隔膜。
9.如權利要求8所述的一種鐵基液流電池，所述負極電解液為含有0.1-3mol/L多硫化物的堿性水溶液。
10.如權利要求8所述的一種鐵基液流電池，所述隔膜為陽離子交換膜。
...【技術特征摘要】
1.一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，其特征在于，所述正極電解液由摩爾濃度為0.1-3mol/l的鐵的氰化物和余量的水組成，所述鐵的氰化物含有配陽離子，所述配陽離子為li+、na+、k+和nh4+中的至少兩種。
2.如權利要求1所述的一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，其特征在于，所述鐵的氰化物為亞鐵氰化物和/或鐵氰化物。
3.如權利要求2所述的一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，其特征在于，所述亞鐵氰化物為亞鐵氰化鋰、亞鐵氰化鈉、亞鐵氰化鉀和亞鐵氰化銨中的至少一種；所述鐵氰化物為鐵氰化鋰、鐵氰化鈉、鐵氰化鉀和鐵氰化銨中的至少一種。
4.如權利要求2所述的一種無輔助電解質的高比容量和循環穩定的液流電池正極電解液，其特征在于，所述配陽離子為li+、na+、k+和nh4+中的至少兩種。
5.如權利要求1所述的一種無輔...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚彥馨，石楊，艾飛，王增越，
申請(專利權)人：易池新能有限公司，
類型：發明
國別省市：
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