一種液流電池負極用鋅基離子液體電解液及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及大規(guī)模儲能液流電池技術(shù)，特別是一種液流電池負極用鋅基離子液體 電解液及其制備方法，屬于電化學儲能領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 液流電池是一種能大規(guī)模儲能的電化學系統(tǒng)。它具有與常規(guī)電池不同的電池結(jié) 構(gòu)，其活性物質(zhì)不在電極上，而是在電解液中；這種結(jié)構(gòu)特點與燃料電池類似，但生產(chǎn)制造 成本低于燃料電池，生產(chǎn)工藝較鉛酸電池和燃料電池相對簡單。液流電池可深度放電、能量 效率高、功率可達兆瓦級，應用領域十分廣闊，可作為應急備用電源，新能源發(fā)電系統(tǒng)的配 套儲能裝置，以及電網(wǎng)調(diào)峰等，在大規(guī)模儲能領域具有超過鋰離子電池和鎳氫電池的性價 比優(yōu)勢。水介質(zhì)鋅負極液流電池，由于活性物質(zhì)在水溶劑中溶解度的限制致使其能量密度 難以進一步提升；能量密度一般在50Wh/L以下，不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的對儲能電池高能 量密度的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種液流電池負極用鋅基離子液體電解液及其制備方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0005] -種液流電池負極用鋅基離子液體電解液，由1-甲基，3-丙基咪唑鋅氟三氟乙酸 鹽和氟化鈉組成，氟化鈉在電解液中的質(zhì)量百分含量為〇.5%-10% ；
[0006] 所述的1-甲基，3-丙基咪唑鋅氟三氟乙酸鹽既是溶劑又是活性物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)式如 下：
[0007]
[0008] 其中 n = l-3。
[0009] -種液流電池負極用鋅基離子液體電解液的制備方法，包括以下步驟：
[0010] A、把氟化鋅放入燒杯中，置于40-60°C烘箱中6-18小時；
[0011] B、將步驟A所得氟化鋅研磨至500-1000目，置于40-60°C烘箱中2-6小時；
[0012] C、將步驟B所得氟化鋅加入到1-甲基，3-丙基咪唑三氟乙酸鹽中，氟化鋅與1-甲 基，3-丙基咪唑三氟乙酸鹽的摩爾比為（1-3): 1;同時加入500-1000目的氟化鈉，不斷攪拌 2-5小時，即得所需電解液，其中氟化鈉占電解液總質(zhì)量的0.5-10%。
[0013] 本發(fā)明使用氟化鋅與1-甲基，3-丙基咪唑三氟乙酸鹽反應生成1-甲基，3-丙基咪 唑鋅氟三氟乙酸鹽。電解液的成分是1-甲基，3-丙基咪唑鋅氟三氟乙酸鹽和氟化鈉。氟化鈉 在電解液中的質(zhì)量百分含量為0.5-10%。
[0014] 本發(fā)明的電解液可以分別與非水介質(zhì)鐵基尚子液體、f凡基尚子液體、溴基尚子液 體和鈰基離子液體搭配形成鋅鐵基離子液體液流電池體系、鋅釩基離子液體液流電池體 系、鋅溴基離子液體液流電池體系和鋅鈰基離子液體液流電池體系。
[0015] 本發(fā)明的關(guān)鍵在于鋅基離子液體既是溶劑又是活性物質(zhì)，并且鋅元素與作為溶劑 的鋅基離子液體的摩爾比為（1 -3): 1。這遠遠超過了水介質(zhì)鋅電解液中鋅元素與溶劑水的 摩爾比（1:28)。因而以鋅基離子液體為負極電解液的非水介質(zhì)液流電池體系均要比相應的 水介質(zhì)體系的能量密度大得多，一般前者是后者的3倍以上。氟化鈉有利于增強電池內(nèi)部的 離子導電能力。
【附圖說明】
[0016] 圖1為以本發(fā)明的鋅基離子液體電解液作為負極電解液的單體電池結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，但不應理解為是對本發(fā)明的限定， 根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，做出其它多種形式的修改、替換所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實 施例中NaF的含量為質(zhì)量百分含量，實施例4、5、6、7為以本發(fā)明的鋅基離子液體電解液作為 負極電解液的單體電池的性能參數(shù)。
[0018] 實施例1:
[0019] 配制100克1-甲基，3-丙基咪唑鋅氟三氟乙酸鹽離子液體(n= 1)+0.5%NaF電解 液。
[0020] 首先稱取32.74克氟化鋅，放在250mL燒杯中，置于60°C烘箱中6小時；然后將氟化 鋅研磨到1000目，置于60°C烘箱中2小時;最后稱取66.76克1-甲基，3-丙基咪唑三氟乙酸鹽 離子液體，移入燒杯中；往燒杯中加入上述烘干的氟化鋅，充分反應;加〇. 50克1000目氟化 鈉，攪拌2小時；即得所需配制的電解液。
[0021] 實施例2:
[0022] 配制100克1 -甲基，3-丙基咪唑鋅氟三氟乙酸鹽離子液體(η = 2)+5 % NaF電解液。 [0023]首先稱取47.04克氟化鋅，放在250mL燒杯中，置于40°C烘箱中18小時;然后將氟化 鋅研磨到500目，置于40 °C烘箱中6小時；最后稱取47.96克1-甲基，3-丙基咪唑三氟乙酸鹽 尚子液體，移入燒杯中；往燒杯中加入上述烘干的氟化鋅，充分反應;加5克500目氟化鈉，攪 拌5小時；即得所需配制的電解液。
[0024] 實施例3:
[0025] 配制100克1 -甲基，3-丙基咪唑鋅氟三氟乙酸鹽離子液體(η = 3)+10 % NaF電解液。 [0026]首先稱取53.58克氟化鋅，放在250mL燒杯中，置于50°C烘箱中12小時;然后將氟化 鋅研磨到800目，置于50°C烘箱中4小時；最后稱取36.42克1-甲基，3-丙基咪唑三氟乙酸鹽 離子液體，移入燒杯中；往燒杯中加入上述烘干的氟化鋅，充分反應;加10克800目氟化鈉， 攪拌3小時；即得所需配制的電解液。
[0027] 實施例4:
[0028]陰離子交換膜將電池的正負極室隔開；以碳氈做正、負極，二者的表觀面積均為 20cm2。負極電解液為100克1-甲基，3-丙基咪唑鋅氟三氟乙酸鹽離子液體(n= l)+5%NaF溶 液，正極電解液為200克1 -甲基，3-丙基咪唑鐵氟三氟乙酸鹽離子液體(η = 1)+5 % NaF溶液。 充放電電流為200mA，電解液流速為5mL/min。電池的能量密度為106Wh/L，是水介質(zhì)鋅鐵液 流電池能量密度(35Wh/L)的3.03倍。
[0029] 實施例5:
[0030]陰離子交換膜將電池的正負極室隔開；以碳氈做正、負極，二者的表觀面積均為 20cm2。負極電解液為100克1-甲基，3-丙基咪唑鋅氟三氟乙酸鹽離子液體(n = 3) + 10%NaF 溶液，正極電解液為200克1-甲基，3-丙基咪唑釩氟三氟乙酸鹽離子液體(η = 3 )+5 %NaF溶 液。充放電電流為200mA，電解液流速為5mL/min。電池的能量密度為251Wh/L，是水介質(zhì)鋅釩 液流電池能量密度(41111/1)的6.12倍。
[0031] 實施例6:
[0032]陰離子交換膜將電池的正負極室隔開；以碳氈做正、負極，二者的表觀面積均為 20 cm2。負極電解液為100克1-甲基，3-丙基咪唑鋅氟三氟乙酸鹽離子液體(η = 2) +0.5 % NaF 溶液，正極電解液為200克1-甲基，3-丙基咪唑鋁溴三氟乙酸鹽離子液體(n = 2)+10 %NaF溶 液。充放電電流為200mA，電解液流速為5mL/min。電池的能量密度為203Wh/L，是水介質(zhì)鋅溴 液流電池能量密度(45Wh/L)的4 · 51倍。
[0033] 實施例7:
[0034]陰離子交換膜將電池的正負極室隔開；以碳氈做正、負極，二者的表觀面積均為 20cm2。負極電解液為100克1-甲基，3-丙基咪唑鋅氟三氟乙酸鹽離子液體(n = 3) + 10%NaF 溶液，正極電解液為200克1-甲基，3-丙基咪唑鈰氟三氟乙酸鹽離子液體(η = 3 )+5 %NaF溶 液。充放電電流為200mA，電解液流速為5mL/min。電池的能量密度為249Wh/L，是水介質(zhì)鋅鈰 液流電池能量密度(39Wh/L)的6.38倍。
【主權(quán)項】
1. 一種液流電池負極用鋒基離子液體電解液，其特征是：由I-甲基，3-丙基咪挫鋒氣= 氣乙酸鹽和氣化鋼組成，氣化鋼在電解液中的質(zhì)量百分含量為0.5%-10%; 所述的1-甲基，3-丙基咪挫鋒氣=氣乙酸鹽既是溶劑又是活性物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)式如下：其中n二1-3。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池負極用鋒基離子液體電解液，其特征是:所述的 1-甲基，3-丙基咪挫鋒氣=氣乙酸鹽由氣化鋒與1-甲基，3-丙基咪挫=氣乙酸鹽按摩爾比 (1-3):1 配制。3. 制備權(quán)利要求1所述的液流電池負極用鋒基離子液體電解液的方法，其特征是:包括 W下步驟： 八、把氣化鋒放入燒杯中，置于40-60°(：烘箱中6-18小時； B、 將步驟A所得氣化鋒研磨至500-1000目，置于40-60°C烘箱中2-6小時； C、 將步驟B所得氣化鋒加入到1-甲基，3-丙基咪挫S氣乙酸鹽中，氣化鋒與1-甲基，3-丙基咪挫S氣乙酸鹽的摩爾比為（1-3):1;同時加入500-1000目的氣化鋼，不斷攬拌2-5小 時，即得所需電解液，其中氣化鋼占電解液總質(zhì)量的0.5-10%。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的液流電池負極用鋒基離子液體電解液的制備方法，其特征是： 首先稱取53.58克氣化鋒，放在250mL燒杯中，置于50°C烘箱中12小時;然后將氣化鋒研磨到 800目，置于50°C烘箱中4小時;最后稱取36.42克1-甲基，3-丙基咪挫=氣乙酸鹽離子液體， 移入燒杯中；往燒杯中加入上述烘干的氣化鋒，充分反應;并加10克800目氣化鋼，攬拌3小 時；即得所需配制的電解液。
【專利摘要】本發(fā)明涉及大規(guī)模儲能液流電池技術(shù)，特別是一種液流電池負極用鋅基離子液體電解液及其制備方法，屬于電化學儲能領域。本發(fā)明的關(guān)鍵在于鋅基離子液體既是溶劑又是活性物質(zhì)，并且鋅元素與作為溶劑的鋅基離子液體的摩爾比為(1-3):1。這遠遠超過了水介質(zhì)鋅電解液中鋅元素與溶劑水的摩爾比(1：28)。因而以鋅基離子液體為負極電解液的非水介質(zhì)液流電池體系均要比相應的水介質(zhì)體系的能量密度大得多，一般前者是后者的3倍以上。
【IPC分類】H01M8/18
【公開號】CN105591142
【申請?zhí)枴緾N201610179436
【發(fā)明人】謝志鵬, 楊斌, 劉柏雄, 舒琪
【申請人】江西理工大學
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月26日