[发明专利]一种水系液流电池的电解液、全铁水系液流电池及应用

说明书

本发明属于液流电池领域，更具体地，涉及一种水系液流电池的电解液、全铁水系液流电池及应用。本发明分别在正极电解液和负极电解液中均引入碱性环境下与铁稳定络合的配体，两种配体对铁离子或亚铁离子得失电子的能力具有不同程度的影响，使得正极电解液中含有的第一络合物与负极电解液中含有的第二络合物在通电情况下具有电位差，第一络合物为铁氰化物或亚铁氰化物，第二络合物为铁离子或亚铁离子与双(2‑羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷或3‑[N‑N‑双(2‑羟乙基)氨基]‑2‑羟基丙磺酸形成的络合物，由此构建全铁水系液流电池，该液流电池通过阳离子交换膜Nafion系列隔膜实现离子的传导，能够长期稳定的可逆循环。

技术领域

本发明属于液流电池领域，更具体地，涉及一种水系液流电池的电解液、全铁水系液流电池及应用。

背景技术

液流电池是一种适用于大规模储能的新型技术，可以通过电池反应堆与电解液储液罐单独调整实现其能量与功率解耦合，因此储能系统设计更灵活，维护成本更低，在风/光电调峰并网中具有重要应用价值。目前液流电池按溶剂类型可分为有机液流电池、有机-水复合液流电池以及水系液流电池。其中，水系液流电池由于其安全、稳定、成本较低等优势，受到广泛关注。水系液流电池中研究最为成熟的体系为全钒液流电池，该体系已形成一定规模的示范储能电站。然而，受限于钒原料成本较高这一制约因素，其大规模商业应用仍面临巨大挑战。因此开发低成本新型水系液流电池具有重要研究价值。

专利文献CN112467179A公开了一种碱性全铁液流电池，负极电解液中含有铁离子和葡萄糖酸离子形成的络合物，正极电解液中含有铁氰化物或亚铁氰化物，然而，该液流电池仅在使用SPEEK膜作为隔膜时，电池循环稳定性较好，而使用Nafion膜作为隔膜时，电池经过50个循环后，电池性能就发生明显衰减。然而，SPEEK膜在水系液流电池中容易膨胀，机械性能不好，会导致液流电池长期稳定性不佳，而且文献([1]陈伟,孟凡明,李晓兵,等.SPEEK膜与Nafion膜在钒液流电池中的应用研究[J].电源技术,2013,037(007):1153-1156.)指出，Nafion膜表现出的质子交换性能明显优于SPEEK膜，且Nafion膜在大电流密度情况下表现出更好的质子交换能力。

全氟磺酸型Nafion系列膜具有优异的机械/化学稳定性和良好的质子电导率，是目前液流电池使用最为广泛的离子交换膜。开发与Nafion系列膜匹配使用的低成本、高稳定性和优异电化学性能的新型水系液流电池迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种水系液流电池的电解液、全铁水系液流电池及应用，其正负极电解液中含有铁离子与氰化物形成的第一络合物，负极电解液中含有铁离子与双(2-羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷或3-[N-N-双(2-羟乙基)氨基]-2-羟基丙磺酸形成的第二络合物，由此构建全铁水系液流电池，该液流电池经实验证实，通过阳离子交换膜Nafion系列隔膜实现离子的传导，能够长期稳定的可逆循环，以此解决现有技术水系液流电池成本高、在Nafion隔膜中稳定性欠佳的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于全铁水系液流电池的电解液，包括正极电解液和负极电解液，其中：

所述正极电解液为水溶液，其中含有铁离子或亚铁离子与第一配体氰化物形成的第一络合物，所述第一络合物为铁氰化物(Fe(CN)₆^3-)和亚铁氰化物(Fe(CN)₆^4-)中的一种或多种；

所述负极电解液为水溶液，其中含有铁离子或亚铁离子与第二有机配体形成的第二络合物；所述第二有机配体为双(2-羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷或3-[N-N-双(2-羟乙基)氨基]-2-羟基丙磺酸；

所述正极电解液和负极电解液中均还含有碱液，所述碱液用于提高第一络合物和第二络合物的稳定性。