一种用于非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池的电解液及铁铬液流电池

技术领域

本发明属于液流电池储能技术领域，涉及一种用于非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池的电解液及铁铬液流电池。

背景技术

目前我国社会发展已进入大量消耗能源阶段，对能源的需要日益增加，同时非再生能源的消耗会排放大量的二氧化碳和其他环境污染物，因此，需要实现节能减排及大规模利用可再生能源，双碳战略实施，更进一步促进可再生绿色清洁能源变为主导角色。然而太阳能，风能等可再生能源发电受昼夜、天气等外部环境因素影响，具有明显的间歇性和波动性，同时随着经济增长，电力负荷峰谷差日益增大，调峰缺口巨大，需求强烈，因此，大规模绿色高效的储能技术越来越受青睐。

铁铬液流电池储能技术是一项兼具低成本、大规模、长时储能的电化学储能技术，具有高能量效率、长循环寿命、高安全性、原材料成本低廉等优势，被誉为最具潜力的大规模储能技术之一。

铁铬液流电池也存在一些问题，一方面，液流电池需使用昂贵的Nafion质子交换膜，无法降低铁铬液流电池的初投资成本，其经济性成为制约其大规模推广应用的阻碍之一；另一方面，正负极电解液交叉污染严重，导致电池充放电容量衰减较快，以及负极电解液析氢严重造成电池能量效率降低，同时带来了安全隐患。因此，采用价格更便宜的碳氢多孔膜替代Nafion膜以及开发一种高能量效率和析氢少、衰减低的电解液对推动铁铬液流电池的快速发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池的电解液及铁铬液流电池。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种用于非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池的电解液，所述电解液的组成如下：

铁离子浓度：1.0～3.0mol/L

铬离子浓度：1.0～3.0mol/L

氢离子浓度：0.1～2.0mol/L

氯离子浓度：1.5～15.0mol/L

铵根离子浓度：1.0～3mol/L

水：余量。

在本发明中，所述电解液采用铵根离子替代氢离子传递电荷，减少了酸的用量，氢离子含量降低，充放电过程中析氢量降低，同时该电解液在非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池中，能有效改善铵根离子传递效率，减少正负极电解液交叉污染，电池容量衰减降低，电池能量效率提高，电池安全性提高。同时，非氟碳氢多孔膜替代Nafion膜显著降低铁铬液流电池的初投资成本。

在本发明的非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池的电解液中，所述铁离子浓度可以为1.0mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L、2.8mol/L或3.0mol/L，所述铬离子浓度可以为1.0mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L、2.8mol/L或3.0mol/L，所述氢离子浓度可以为1.5mol/L、3.0mol/L、5.0mol/L、7.0mol/L、9.0mol/L、10.0mol/L、11.0mol/L、12.0mol/L、13.0mol/L、14.0mol/L或15.0mol/L，所述铵根离子浓度可以为1.0mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L、2.8mol/L或3.0mol/L。

在本发明中，所述电解液中铁离子为Fe

在本发明中，所述铵根离子为氯化铵、柠檬酸铵、乙酸铵或氨水的一种或至少两种物质引入。

在本发明中，所述氢离子为盐酸引入。

在本发明中，所述电解液应用于非氟碳氢多孔膜的高能量效率的铁铬液流电池中，所述非氟碳氢多孔膜为不含氟的碳氢多孔膜。

由于多孔膜孔径偏大，会造成Fe

另一方面，本发明提供一种非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池，所述非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池的正极和/或负极电解液包括如上所述的电解液。

本发明的电解液适用于使用非氟碳氢交换膜的铁铬液流电池，可以提高铵根离子替代氢离子穿透交换膜传递电荷的数量，降低了电池容量衰减，提高电池能量效率，同时，非氟碳氢膜成本显著低于Nafion质子交换膜，仅占其成本十分之一，因此本发明使得电池的成本降低。

在本发明中，所述非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池的能量效率大于等于72％，例如72％、73％、74％、75％、80％、83％、85％等。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的电解液作为正极或负极电解液应用于非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池中，可以使得非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池充放电过程中析氢量降低，减少正负极电解液交叉污染，电池容量衰减降低，电池能量效率提高，电池安全性提高。同时，非氟碳氢多孔膜替代Nafion膜显著降低铁铬液流电池的初投资成本。

附图说明

图1为非氟碳氢多孔膜的高分辨扫描电镜图，其中A图为俯视图，标尺为10.0μm，B图为切面侧视图，标尺为100μm。

图2为实施例1的非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池在70mA/cm

图3为实施例2的非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池在100mA/cm

图4为实施例3的非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池在140mA/cm

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

配置含1.0mol/L CrCl

铁铬液流电池使用的交换膜为非氟碳氢多孔膜(其高分辨扫描电镜图(蔡司ZeissGemini 300)如图1所示，可以看出非氟碳氢多孔膜具有均匀的纳米孔道结构，可以有效对电解液活性成分起到物理筛分作用)，电极为石墨毡，石墨毡面积为50cm

实施例2

配置含1.0mol/L CrCl

铁铬液流电池使用的交换膜为非氟碳氢膜(其高分辨扫描电镜图如图1所示)，电极为石墨毡，石墨毡面积为50cm

实施例3

配置含1.0mol/L CrCl

铁铬液流电池使用的交换膜为非氟碳氢膜(其高分辨扫描电镜图如图1所示)，电极为石墨毡，石墨毡面积为50cm

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的非氟碳氢多孔膜铁铬液流电池的电解液及铁铬液流电池，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。