利用氧化還原活性有機(jī)化合物的混合能量?jī)?chǔ)存體系的制作方法
【專利摘要】氧化還原液流電池(RFB)由于其具有儲(chǔ)備大功率和高能量的能力而引起極大的興趣。利用RFB體系的至少一些方面的非水能量?jī)?chǔ)存體系是有吸引力的，因?yàn)樗峁┝瞬僮麟娢淮翱诘臄U(kuò)展，這可提高體系能量和功率密度。所述體系的一個(gè)實(shí)例具有一個(gè)分隔第一和第二電極的隔膜。第一電極包括第一集電器和包含第一活性材料的第一容積。第二電極包括第二集電器和包含第二活性材料的第二容積。在操作期間，第一來(lái)源提供第一活性材料的流體至第一容積。第一活性材料包括溶于非水液體電解質(zhì)中的氧化還原活性有機(jī)化合物，并且第二活性材料包括氧化還原活性金屬。
【專利說(shuō)明】利用氧化還原活性有機(jī)化合物的混合能量?jī)?chǔ)存體系
[0001]優(yōu)先權(quán)
[0002]本發(fā)明要求2012年4月4日提交的名稱為“Hybrid Energy Storage SystemUtilizing Redox Active Organic Compounds” 的第 13/439，083 號(hào)美國(guó)專利的優(yōu)先權(quán)。
[0003]關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究或開(kāi)發(fā)的聲明
[0004]本發(fā)明是在美國(guó)能源部頒發(fā)的DE-AC0576RL01830協(xié)議下由政府支持而作出。該政府享有本發(fā)明中的某些權(quán)利。

【背景技術(shù)】
[0005]氧化還原液流電池(redox flow battery, RFB)主要由于其具有儲(chǔ)備大功率和高能量(分別高達(dá)幾MW和幾MWh)的能力而引起極大的研究興趣。RFB體系被認(rèn)為是最有前景的技術(shù)之一，其不僅可被用于可再生能源的整合，而且可提高電網(wǎng)傳輸和配送的效率。借助于來(lái)自外部?jī)?chǔ)存電解質(zhì)的能量，能量容量和功率容量的分離可為RFB提供獨(dú)特的設(shè)計(jì)自由度而使之可針對(duì)各種功率和能量?jī)?chǔ)存應(yīng)用來(lái)調(diào)整大小。RFB的其它優(yōu)勢(shì)包括安全性高、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、深放電能力等。
[0006]由于水電解電位窗口和活性材料在水中溶解度的限制，常規(guī)的水性RFB通常被認(rèn)為是低能量密度體系(在大多數(shù)實(shí)際的流體電池體系中<25Wh/L)。雖然能量密度的提高已取得顯著進(jìn)展，水性RFB體系卻仍受到活性材料在溶液中的低溶解度和低穩(wěn)定性的嚴(yán)重阻礙。關(guān)于此，利用RFB體系的至少一些方面的非水能量?jī)?chǔ)存體系是有吸引力的，因?yàn)樗峁┝瞬僮麟娢淮翱诘臄U(kuò)展，這可以對(duì)體系能量和功率密度有直接的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本文描述了能量?jī)?chǔ)存體系，其具有一個(gè)分隔第一電極和第二電極的隔膜。第一電極包括第一集電器和包含第一活性材料的第一容積。第二電極包括第二集電器和包含第二活性材料的第二容積。能量?jī)?chǔ)存體系的特征在于，在操作期間，第一來(lái)源可操作地連接于第一容積并配置為可提供第一活性材料流，其中第一活性材料包含溶于非水液體電解質(zhì)中的氧化還原活性有機(jī)化合物，并且第二活性材料包含氧化還原活性金屬。
[0008]第二活性材料可以是固體、液體、或固體和非水液體材料的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，第二活性材料包含鋰。固體和液體材料的混合物的實(shí)例包括但不限于可流動(dòng)的懸浮液。液體的實(shí)例包括但不限于非水溶液。在一個(gè)實(shí)施方案中，第二活性材料包含溶于非水液體中的氧化還原活性金屬離子。優(yōu)選地，氧化還原活性金屬離子包括過(guò)渡金屬離子。特別的實(shí)例包括但不限于鈦離子、鋅離子、鉻離子、錳離子、鐵離子、鎳離子和銅離子。在一些其中第二活性材料包含液體并且是可流動(dòng)的實(shí)施方案中，能量?jī)?chǔ)存體系可包括第二來(lái)源，所述第二來(lái)源可操作地連接于第二容積并配置為可提供第二活性材料流。
[0009]在一個(gè)實(shí)施方案中，第一活性材料具有高于或等于0.1M的氧化還原活性有機(jī)化合物的濃度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述濃度高于或等于0.2M。此處使用的氧化還原活性有機(jī)化合物可指至少包含碳原子和氫原子之間的鍵的化合物。實(shí)例可包括但不限于蒽醌(AQ)的有機(jī)可溶性衍生物和2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧(TEMPO)。AQ的一個(gè)有機(jī)可溶性衍生物的實(shí)例是1，5-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)蒽_9，10-二酮(15D3GAQ)。
[0010]在一個(gè)實(shí)施方案中，能量?jī)?chǔ)存體系被配置為使得第一電極作為陰極和第二電極作為陽(yáng)極。此處描述的實(shí)施方案不限于原電池，而是可包含二次(即可充電的)電池。在這種情況下，操作方式(即充電或放電)可決定電極功能。例如，在充電時(shí)，陰極可被認(rèn)為是負(fù)極，陽(yáng)極可被認(rèn)為是正極。而在放電時(shí)，功能相反。
[0011]此處描述的另一個(gè)實(shí)施方案是一個(gè)具有分隔陰極和陽(yáng)極的隔膜的能量?jī)?chǔ)存體系。陰極包括正集電器和包含陰極活性材料的陰極容積。陽(yáng)極包括負(fù)集電器和包含陽(yáng)極活性材料的陽(yáng)極容積。能量?jī)?chǔ)存體系的特征在于，在操作期間，一個(gè)來(lái)源可操作地連接于陰極容積并配置為可提供陰極活性材料流，其中陰極活性材料包括溶于非水電解質(zhì)的TEMPO或AQ的有機(jī)可溶性衍生物，并且陽(yáng)極活性材料包括鋰金屬。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，TEMPO或AQ的有機(jī)可溶性衍生物的濃度高于或等于0.2M。在另一個(gè)實(shí)施方案中，陽(yáng)極活性材料是固體。AQ的有機(jī)可溶性衍生物的一個(gè)實(shí)例是1，5-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)恩 ~9, 10- _■麗(15D3GAQ)。
[0012]在又一個(gè)實(shí)施方案中，能量?jī)?chǔ)存體系的特征在于，在操作期間，第一來(lái)源可操作地連接于陰極容積并配置為可提供陰極活性材料流，并且第二來(lái)源可操作地連接于陽(yáng)極容積并配置為可提供陽(yáng)極活性材料流，其中陰極活性材料包括以濃度至少為0.1M溶于非水電解質(zhì)的氧化還原活性有機(jī)化合物，并且陽(yáng)極活性材料包括氧化還原活性金屬。陽(yáng)極活性材料可包括固體和可流動(dòng)的液體材料。優(yōu)選地，陽(yáng)極活性材料包括溶于非水液體的氧化還原活性過(guò)渡金屬離子。
[0013]前述概要的目的是使得美國(guó)專利與商標(biāo)局和公眾，尤其是本領(lǐng)域內(nèi)不熟悉專利或法律術(shù)語(yǔ)或用語(yǔ)的科學(xué)家、工程師和專業(yè)人員，能夠通過(guò)粗略的閱覽而快速確定本申請(qǐng)公開(kāi)的技術(shù)內(nèi)容的性質(zhì)和本質(zhì)。所述概要既不意圖限定本申請(qǐng)的
【發(fā)明內(nèi)容】
(其由權(quán)利要求所體現(xiàn))，也不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0014]本文描述了本發(fā)明的各種優(yōu)點(diǎn)和新的特征，并且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，從以下詳細(xì)描述中所述優(yōu)點(diǎn)和特征將更加顯而易見(jiàn)。在以上和以下的描述中，顯示并描述了各種實(shí)施方案，包括優(yōu)選的實(shí)施方案。此處包括的是對(duì)所設(shè)想的本發(fā)明最佳實(shí)施方案的描述。如可被意識(shí)到的，本發(fā)明能夠在不背離本發(fā)明的情況下對(duì)各個(gè)方面進(jìn)行修改。因此，以下提出的優(yōu)選實(shí)施方案的附圖和說(shuō)明在本質(zhì)上應(yīng)當(dāng)被視為示例說(shuō)明性的而非限制性的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]下面參照以下附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述。
[0016]圖1是描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的能量?jī)?chǔ)存體系的示意圖，其中第二活性材料是固體。
[0017]圖2是描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的能量?jī)?chǔ)存體系的示意圖，其中第二活性材料是可流動(dòng)的。
[0018]圖3a是描繪蒽醌基分子的氧化還原機(jī)制的圖解。
[0019]圖3b是描繪一種改性的蒽醌化合物15D3GAQ的合成的圖解。
[0020]圖4顯示了在使用Li箔作為對(duì)電極的第一次循環(huán)中15D3GAQ于1.0M LiPF6/PC電解質(zhì)中的CV曲線。
[0021]圖5a和5b分別顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的能量?jī)?chǔ)存體系的充電/放電特性和電化學(xué)循環(huán)性能，所述能量?jī)?chǔ)存體系基于15D3GAQ和Li/Li+在IM LiPF6/PC支持電解質(zhì)中的氧化還原反應(yīng)。
[0022]圖6是描繪硝基氧自由基化合物的氧化還原機(jī)制的圖解。
[0023]圖7a和7b顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的能量?jī)?chǔ)存體系的電化學(xué)循環(huán)性能，所述能量?jī)?chǔ)存體系基于TEMPO和Li/Li+在含IM LiPFf^AEC = DMC(I = I)中的氧化還原反應(yīng)。

【具體實(shí)施方式】
[0024]以下說(shuō)明包括本發(fā)明優(yōu)選的最佳實(shí)施方案。從本發(fā)明的描述中顯而易見(jiàn)的是本發(fā)明并不局限于這些示例說(shuō)明的實(shí)施方案，而是還包括對(duì)這些實(shí)施方案的多種變型。因此，本描述應(yīng)當(dāng)被視為示例性的而非限制性的。在本發(fā)明可進(jìn)行各種變型和替代性構(gòu)建的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解無(wú)意將本發(fā)明限制于所公開(kāi)的具體形式，而相反，本發(fā)明意在涵蓋落入如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的所有變型、替代方案和等同方案。
[0025]圖1-7顯示了本發(fā)明的多種實(shí)施方案。首先參見(jiàn)圖1，其為描述一種其中第二活性材料106是固體并且包括氧化還原活性金屬的實(shí)施方案的示意圖。第二活性材料通過(guò)第二集電器104與負(fù)載101進(jìn)行電接觸。第二電極與第一電極通過(guò)隔膜103分隔。第一活性材料110包含溶于非水電解質(zhì)108中的氧化還原活性有機(jī)化合物109。第一活性材料通過(guò)第一集電器105與負(fù)載101進(jìn)行電接觸。第一活性材料能以分批或連續(xù)方式從來(lái)源107流至第一容積。第一活性材料通過(guò)通道102從第一容積流出。當(dāng)以可再充電能量?jī)?chǔ)存體系工作時(shí)，電解質(zhì)和第一活性材料經(jīng)由通道102返回至電解液儲(chǔ)槽(沒(méi)有顯示)，以經(jīng)由107循環(huán)回到第一容積。
[0026]圖2是其中兩個(gè)電極均包含可流動(dòng)的活性材料的能量?jī)?chǔ)存體系的圖解。第一活性材料210包含溶于非水電解質(zhì)209中的氧化還原活性有機(jī)化合物212。第二活性材料211包含氧化還原活性金屬213——其可以是溶于非水液體210中的離子，也可以是與非水液體210混合于可流動(dòng)的懸浮液的固體金屬。第一和第二活性材料可分別從獨(dú)立來(lái)源207和208流至第一和第二容積?；钚圆牧峡煞謩e經(jīng)由通道202和203流出第一和第二容積。如前所描述的，在一些實(shí)施方案中，儲(chǔ)槽(沒(méi)有顯示)可放置在202和207之間和203和208之間。隔膜204使第一和第二電極分隔。如圖所示，能量?jī)?chǔ)存體系可分別通過(guò)第一和第二集電器206和205連接于負(fù)載201。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，能量?jī)?chǔ)存體系包括混合金屬-有機(jī)氧化還原液流電池，其基于改性的蒽醌(AQ)分子作為正電解質(zhì)和鋰金屬作為負(fù)電極。此處使用的“混合”在涉及能量?jī)?chǔ)存體系時(shí)可包含兩種不同意義中的至少一種。在一種意義上，由于一個(gè)電極包括一種可流動(dòng)的流態(tài)的活性材料，而另一個(gè)電極包括固體活性材料，能量?jī)?chǔ)存體系可以是混合RFB。在另一個(gè)意義上，由于活性材料在化學(xué)上是非常不同的——一種是氧化還原活性有機(jī)化合物，另一種是氧化還原活性金屬或溶解的金屬離子，能量?jī)?chǔ)存體系可以是混合RFB。
[0028]AQ的氧化還原機(jī)制包括在放電過(guò)程中的兩階段的二電子歧化作用:在第一階段中形成陰離子自由基，緊接著在第二階段中形成二價(jià)陰離子(見(jiàn)圖3a)。但是，帶有短鏈取代基的醌基化合物在大多數(shù)相對(duì)高極性的電解質(zhì)中通常具有極低的溶解度(低于0.05M)。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案可利用改性的AQ核——其顯示改善的溶解度——作為帶有能量的氧化還原活性試劑。
[0029]改性的AQ分子的一個(gè)實(shí)例是1，5-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)醌-9，10-二酮(縮寫(xiě)為15D3GAQ)，如圖3b所示。將兩個(gè)三乙二醇單甲醚基團(tuán)引入至AQ分子結(jié)構(gòu)對(duì)其溶解度具有很大影響，并且所得分子在大多數(shù)極性溶劑和非水電解質(zhì)中是可溶的。所述化合物在既作為反應(yīng)物又作為溶劑的三乙二醇單甲醚存在的情況下通過(guò)1，5- 二氯蒽醌的親核芳香取代反應(yīng)而合成，并且通過(guò)氫氧化鉀作為堿產(chǎn)生親核試劑?；旌衔锿ǔＴ诼缘陀?00°C的溫度下攪拌3h以確保完全反應(yīng)。純化后，可得到純的黃色固體的15D3GAQ材料，其產(chǎn)率超過(guò)80%。
[0030]非水電解質(zhì)的制備和氧化還原液流電池的組裝全部在充入水分和氧氣含量低于Ippm的純化氬氣的手套箱內(nèi)完成。RFB電解質(zhì)通過(guò)在室溫下將15D3GAQ用含LiPF6的碳酸亞丙酯(PC)溶解而制備，濃度為0.25M1OT3GAQ和1.0M LiPF6。通過(guò)循環(huán)伏安法(CV)使用靜電池首先研究了 15D3GAQ的有效的氧化還原反應(yīng)及其可逆性及動(dòng)力學(xué)。以浸在0.2mL的上述電解質(zhì)中的0.3cm厚的石墨租圓片作為工作電極，以一片鋰箔圓片作為對(duì)電極，以聚丙烯(PP)隔膜置于其間來(lái)組裝電池。整個(gè)組件隨后在電池隔室中進(jìn)行密封。使用電化學(xué)工作站來(lái)確定氧化還原電對(duì)和電壓在1.3V至3.5V之間、掃描速率為0.1mViT1的電化學(xué)可逆性。
[0031]圖4顯示了 15D3GAQ在1.0M LiPF6/PC電解質(zhì)中的第一次循環(huán)的CV曲線，其中電流密度歸一化為工作電極的幾何面積。15D3GAQ的CV譜顯示出兩個(gè)清晰的氧化還原峰。在第一次陰極掃描中，位于2.27V (pci)和2.04V(pc2)處的兩個(gè)尖峰對(duì)應(yīng)于第一個(gè)和第二個(gè)_ C=O基團(tuán)還原為=C-O-陰離子。相應(yīng)的氧化峰位于約2.82V(pal)和2.50V(pa2)。兩個(gè)氧化還原峰的峰分離分別為0.55V(pcl/pal)和0.46V(pa2/pc2)。氧化還原峰之間如此大的差異(?0.5V)表明這種材料在充電和放電過(guò)程中的較大的極化。使用恒流法在電池檢驗(yàn)器中評(píng)估15D3GAQ靜電池的電化學(xué)循環(huán)性能。15D3GAQ靜電池在1.8V至2.8V的電壓窗口中以恒定的電流密度1.0mAcnT2進(jìn)行循環(huán)。
[0032]圖5a顯示下述能量?jī)?chǔ)存體系的充電/放電性能，所述能量?jī)?chǔ)存體系基于15D3GAQ和Li/Li+在IM LiPF6/PC支持電解質(zhì)中的氧化還原反應(yīng)。證實(shí)了 CV掃描結(jié)果:在充電和放電過(guò)程中于典型的電池電壓曲線可以清楚地觀察到兩個(gè)電壓平臺(tái)(參見(jiàn)圖5a)。放電時(shí)的?2.4V處和充電時(shí)的?2.45V處的電壓平臺(tái)對(duì)應(yīng)于自由基陰離子的形成，而放電時(shí)的?2.15V處和充電時(shí)的?2.25V處的電壓平臺(tái)則表示二價(jià)陰離子的形成，如圖3所示。1OT3GAQ靜電池所示的電壓曲線也展現(xiàn)出在液流電池的靜電池測(cè)試中的兩個(gè)截然不同的電壓平臺(tái)。
[0033]圖5b顯不了混合金屬有機(jī)RFB在能量效率和放電能量密度方面的電化學(xué)循環(huán)性能，所述RFB以1.0M LiPF6/PC溶液中的0.25M 15D3GAQ作為正電解質(zhì)(即正向陰極側(cè))，并且以鋰金屬作為負(fù)極，其中達(dá)到?82%的總能量效率。放電能量密度——代表電池輸送有效能量的極限能力——也繪制于圖5b中。得到了接近于25ΙΜ^的比體積能量密度(specific volumetric energy density),其中該計(jì)算基于正電解質(zhì)體積。
[0034]在另一個(gè)實(shí)施例中，能量?jī)?chǔ)存體系包括基于下述正電解質(zhì)的混合金屬-有機(jī)氧化還原液流電池，所述正電解質(zhì)包含溶于lmol/L LiPFJ^EC = DMC(I = I)的非水電解質(zhì)溶液中的2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧(TEMPO)自由基。鋰金屬箔作為陽(yáng)極。如圖6所示，硝基氧自由基具有兩個(gè)氧化還原電對(duì)，其中TEMPO既可被氧化形成相應(yīng)的氧銨陽(yáng)離子，也可被還原形成氨氧陰離子。兩個(gè)氧化還原反應(yīng)都是可逆的。
[0035]非水電解質(zhì)的制備和氧化還原液流電池的組裝全部在充入水分和氧氣含量低于Ippm的純化氬氣的手套箱內(nèi)完成。RFB電解質(zhì)通過(guò)在室溫下將TEMPO用含LiPF6的EC:DMC(1:1)溶劑溶解而制備，濃度為0.5MTEMP0和1.0M LiPF60
[0036]使用靜電池首先研究了 TEMPO的有效的氧化還原反應(yīng)及其可逆性及動(dòng)力學(xué)。以浸在0.2mL的上述電解質(zhì)中的0.3cm厚的石墨租圓片作為工作電極來(lái)組裝電池。以一片鋰箔圓片作為對(duì)電極。以聚丙烯(PP)隔膜分隔兩電極。整個(gè)組件隨后于電池隔室中進(jìn)行密封。使用恒流法在電池檢驗(yàn)器中評(píng)估TEMPO靜電池的電化學(xué)循環(huán)性能。TEMPO靜電池在3.0V至4.0V的電壓窗口中以恒定的電流密度1.0mAcnT2進(jìn)行循環(huán)。
[0037]圖7a顯示下述能量?jī)?chǔ)存體系的充電/放電性能，所述能量?jī)?chǔ)存體系基于TEMPO和Li/Li+在IM LiPFf^AEC = DMC(I = I)支持電解質(zhì)中的氧化還原反應(yīng)。在充電和放電過(guò)程中從典型的電池電壓曲線可以清楚地觀察到一個(gè)電壓平臺(tái)。如圖6所示，?3.5V處的電壓平臺(tái)對(duì)應(yīng)于TEMPO自由基和氧銨陽(yáng)離子的氧化還原反應(yīng)。
[0038]圖7b顯示了下述混合MORFB在能量效率和放電能量密度方面的電化學(xué)循環(huán)性能，所述MORFB以0.5M TEMPO和EC:DMC(1:1)的1.0MLiPF6作為正電解質(zhì)溶液，以鋰金屬作為負(fù)極，其中達(dá)到接近90%的總能量效率。得到了接近于?32Wh/L的比體積能量密度，其中該計(jì)算基于正電解質(zhì)體積計(jì)。
[0039]在另一個(gè)實(shí)施例中，能量?jī)?chǔ)存體系利用可流動(dòng)的第二活性材料。更具體而言，第二活性材料可包含固體和液體的混合物，或可包含一種液體。混合物的一個(gè)實(shí)例可包括一種懸浮于液體中的包含氧化還原活性金屬的粉末。另一個(gè)實(shí)例包括與很少液體混合或不混合液體的粉末，其在某些驅(qū)動(dòng)力(例如可由泵或擠出機(jī)提供)作用下可流經(jīng)第二容積。
[0040]作為液體的第二活性材料可包括電解質(zhì)中的氧化還原活性金屬離子。氧化還原活性金屬離子可以是過(guò)渡金屬離子。在這種情況下，氧化還原電對(duì)在隔膜的一邊包括金屬，而在另一邊則包括有機(jī)化合物。一個(gè)實(shí)例是使用溶于非水溶劑中的Cr2+/3+離子作為負(fù)電解質(zhì)(陽(yáng)極電解質(zhì))，溶于非水溶劑中的TEMPO作為正電解質(zhì)(陰極電解質(zhì))，以形成操作電壓約為2.3V的氧化還原液流電池。
[0041]盡管已顯示和描述了本發(fā)明的許多實(shí)施方案，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，可以在不背離本發(fā)明的情況下在其更寬的方面進(jìn)行許多變化和修改。因此，所附權(quán)利要求旨在涵蓋所有這些落入本發(fā)明真正的主旨和范圍內(nèi)的變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種能量?jī)?chǔ)存體系，其具有分隔第一和第二電極的隔膜，第一電極包括第一集電器和包含第一活性材料的第一容積，第二電極包括第二集電器和包含第二活性材料的第二容積，所述能量?jī)?chǔ)存體系的特征在于，在操作期間，第一來(lái)源可操作地連接于第一容積并配置為可提供第一活性材料流，所述第一活性材料包括溶于非水電解質(zhì)中的氧化還原活性有機(jī)化合物，并且所述第二活性材料包括氧化還原活性金屬。
2.權(quán)利要求1的體系，其中第二活性材料包括固體。
3.權(quán)利要求1的體系，還包括第二來(lái)源，其可操作地連接于第二容積并配置為可在操作期間提供第二活性材料流。
4.權(quán)利要求3的體系，其中第二活性材料是固體和可流動(dòng)的非水液體材料的混合物。
5.權(quán)利要求3的體系，其中第二活性材料包括液體。
6.權(quán)利要求5的體系，其中第二活性材料包括溶于非水液體中的氧化還原活性金屬離子。
7.權(quán)利要求6的體系，其中氧化還原活性金屬離子包括過(guò)渡金屬離子。
8.權(quán)利要求1的體系，其中氧化還原活性金屬包括Li。
9.權(quán)利要求1的體系，其中第一活性材料具有高于或等于0.1M的氧化還原活性有機(jī)化合物的濃度。
10.權(quán)利要求1的體系，其中第一活性材料具有高于或等于0.2M的氧化還原活性有機(jī)化合物的濃度。
11.權(quán)利要求1的體系，其中氧化還原活性有機(jī)化合物包含蒽醌(AQ)的有機(jī)可溶性衍生物。
12.權(quán)利要求11的體系，其中AQ的有機(jī)可溶性衍生物包含1，5-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)蒽-9，10- 二酮(15D3GAQ)。
13.權(quán)利要求1的體系，其中氧化還原活性有機(jī)化合物包含2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧(--ΜΡΟ)。
14.權(quán)利要求1的體系，其中第一電極是陰極，并且第二電極是陽(yáng)極。
15.一種能量?jī)?chǔ)存體系，其具有分隔陰極和陽(yáng)極的隔膜，所述陰極包括正集電器和包含陰極活性材料的陰極容積，所述陽(yáng)極包括負(fù)集電器和包含陽(yáng)極活性材料的陽(yáng)極容積，所述能量?jī)?chǔ)存體系的特征在于，在操作期間，一種來(lái)源可操作地連接于陰極容積并配置為可提供陰極活性材料流，所述陰極活性材料包括溶于非水電解質(zhì)中的TEMPO或AQ的有機(jī)可溶性衍生物，并且所述陽(yáng)極活性材料包括鋰金屬。
16.權(quán)利要求14的能量?jī)?chǔ)存體系，其中陰極活性材料具有高于或等于0.2M的TEMPO或AQ的有機(jī)可溶性衍生物的濃度。
17.權(quán)利要求15的能量?jī)?chǔ)存體系，其中陽(yáng)極活性材料是固體。
18.一種能量?jī)?chǔ)存體系，其具有分隔陰極和陽(yáng)極的隔膜，所述陰極包括陰極集電器和包含陰極活性材料的陰極容積，所述陽(yáng)極包括陽(yáng)極集電器和包含陽(yáng)極活性材料的陽(yáng)極容積，所述能量?jī)?chǔ)存體系的特征在于，在操作期間，第一來(lái)源可操作地連接于陰極容積并配置為可提供陰極活性材料流，并且第二來(lái)源可操作地連接于陽(yáng)極容積并配置為可提供陽(yáng)極活性材料流，陰極活性材料包括以濃度至少為0.1M溶于非水電解質(zhì)的氧化還原活性有機(jī)化合物，并且陽(yáng)極活性材料包括氧化還原活性金屬。
19.權(quán)利要求18的能量?jī)?chǔ)存體系，其中陽(yáng)極活性材料包括固體和液體材料的混合物。
20.權(quán)利要求18的能量?jī)?chǔ)存體系，其中陽(yáng)極活性材料包括溶于非水液體中的氧化還原活性過(guò)渡金屬離子。
【文檔編號(hào)】H01M4/36GK104321924SQ201280072242
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月4日
【發(fā)明者】王瑋, 許武, 李利宇, 楊振國(guó) 申請(qǐng)人:巴特爾紀(jì)念研究院