[发明专利]一种中性水系全醌有机液流电池电对及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种中性水系全醌有机液流电池电对及其制备方法和应用。所述中性水系全醌有机液流电池电对由负极活性物质和正极活性物质组成；所述负极活性物质是蒽醌‑2‑磺酸胆碱；所述正极活性物质是1,2‑二羟基苯酚‑3,5‑苯二磺酸胆碱。中性水系全醌有机液流电池电对作为正负极活性电解质应用于中性水系有机液流电池。本发明制备的正负极活性电解质，在水中显示出很高的溶解度，正负极电对可以提供约1.1V的电压，可在中性条件下实现稳定充放电。本发明方法简单，成本低，环境友好，具有极佳的应用前景。

技术领域

本发明涉及电池材料及能源存储技术领域，具体涉及一种全醌中性水系有机液流电池的构建方法。

背景技术

可再生能源丰富、洁净、安全，但是其间歇性不能满足生产生活需要。因此需要大规模的储能装置将可再生能源储存，实现能量的稳定输出。水系有机氧化还原液流电池因有机物储量丰富、安全性高、合成简单、成本低、结构可设计且溶解度、化学稳定性和电压窗口可调节等优点备受关注。

有机电活性电对是有机液流电池的核心材料，对电池性能具有决定性作用。开发性能稳定，溶解度高，氧化还原可逆性好，电压窗口宽且环境友好的电活性有机物是高性能有机液流电池的重要研究方向。

目前，常用的水系有机液流电池的活性物质大都选择酸性或者碱性溶剂，但是酸性或者碱性电解液体系易引起析氢或者析氧问题，进而限制电池电压；此外，很多有机活性物质在酸性或者碱性条件下更容易发生结构降解，如蒽醌体系在强酸条件下容易发生水的迈克尔加成反应，导致电池容量下降很快；另外，酸性或者碱性体系对电池组件的腐蚀作用会严重影响电池的使用寿命。因此，构建中性水系有机液流电池是解决上述问题的有效途径。开发在中性或者近中性条件下具有较高的溶解度及优异电化学性能的新型电活性物质是重要的研究课题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出基于简单的酸碱中和方法，分别制备了1,2-二羟基苯酚-3,5-苯二磺酸胆碱和蒽醌-2-磺酸胆碱两种水溶性醌类衍生物，并分别应用于中性水系有机液流电池的正负极活性电解质，进而构建一种新型的全醌中性水系有机液流电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种中性水系全醌有机液流电池电对，所述中性水系全醌有机液流电池电对由负极活性物质和正极活性物质组成；所述负极活性物质是蒽醌-2-磺酸胆碱；所述正极活性物质是1,2-二羟基苯酚-3,5-苯二磺酸胆碱。

优选的，上述的一种中性水系全醌有机液流电池电对，所述蒽醌-2-磺酸胆碱的制备方法包括如下步骤：将蒽醌-2-磺酸钠通过732型强酸性阳离子交换树脂过柱，得蒽醌-2-磺酸；将氯化胆碱通过717型强碱性阴离子交换树脂过柱，得氢氧化胆碱；将蒽醌-2-磺酸与氢氧化胆碱混合，得到蒽醌-2-磺酸胆碱。

优选的，上述的一种中性水系全醌有机液流电池电对，按摩尔比，蒽醌-2-磺酸:氢氧化胆碱＝1:1。

优选的，上述的一种中性水系全醌有机液流电池电对，所述1,2-二羟基苯酚-3,5-苯二磺酸胆碱的制备方法包括如下步骤：将1,2-二羟基苯酚-3,5-苯二磺酸钠通过732型强酸性阳离子交换树脂过柱，得1,2-二羟基苯酚-3,5-苯二磺酸；将氯化胆碱通过717型强碱性阴离子交换树脂过柱，得氢氧化胆碱；将1,2-二羟基苯酚-3,5-苯二磺酸与氢氧化胆碱混合，得到1,2-二羟基苯酚-3,5-苯二磺酸胆碱。

优选的，上述的一种中性水系全醌有机液流电池电对，按摩尔比，1,2-二羟基苯酚-3,5-苯二磺酸:氢氧化胆碱＝1:1～1:2。

优选的，上述的一种中性水系全醌有机液流电池电对，所述732型强酸性阳离子交换树脂使用前进行预处理，所述预处理是将732型强酸性阳离子交换树脂于HCl中浸泡24h后以去离子水洗至中性；所述717型强碱性阴离子交换树脂使用前进行预处理，所述预处理是将717型强碱性阴离子交换树脂先于NaOH中浸泡24h后，再用NaOH洗涤至无Cl^-离子，最后用去离子水洗涤至中性。