【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁铬液流电池电解液，尤其涉及一种铁铬液流电池电解液及其制备方法和铁铬液流电池。
技术介绍
1、由于化石燃料资源逐渐枯竭及造成的环境污染日益严重，风能和太阳能等可再生能源受到广泛应用。然而，这种可再生能源的间歇性和不稳定输出性使其难以满足电能品质和电网安全运行的要求，因此，开发大规模的储能系统从而实现持续的电力供应和电网稳定是必要的。铁铬氧化还原液流电池作为最早被提出并可应用的液流电池，具有系统能源和功率相互独立、材料成本低、易于扩展、安全性高、响应速度快、循环寿命长、能量效率高等显著优点，是一种很有前途的大规模储能技术。
2、电解液作为液流电池中活性物质的载体，对于电池的性能有着举足轻重的作用。在实际运行过程中，铁铬液流电池一般采用含有铁离子和铬离子的盐酸水溶液，在酸性环境中，与正极电解液中的铁离子不同的是，负极电解液中的活性物质铬反应的电极电位与析氢电位接近，较高的氢离子浓度会使充电过程中的析氢反应加剧，而这种副反应不仅会降低电池的库伦效率，还会由于正负电解液中电荷不平衡使得电池容量快速衰减；此外，铁铬电池的另一个问题是铬离子的老化，即铬离子在水溶液中会与水分子络合形成不易反应的非活性分子，从而导致容量损失。此外，铁铬液流电池通常采用较高的工作温度，又加剧了析氢反应，导致在长时间循环运行后，电池的容量衰减较为显著。
3、cn117133957a公开了一种铁铬液流电池，包括：电池电解液，所述电池电解液包括fe2+、cr3+、h+以及金属离子，其中所述金属离子包括li+、na+、k+和nh4+
4、因此，如何提供一种铁铬液流电池电解液体系，以实现提高铁铬液流电池电解液中铬离子的反应活性，减少铁铬液流电池的使用中析氢副反应的发生是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种铁铬液流电池电解液及其制备方法和铁铬液流电池。本专利技术所述铁铬液流电池电解液，利用有机配体与三价铬离子进行络合，再结合锂离子和除锂、铁和铬外的其他金属离子的催化作用，可以显著提高负极电解液中铬电对的反应活性，改善三价铬离子大量老化的现象，并减少析氢副反应，综合提高铁铬液流电池充放电容量、循环稳定性和能量效率，以达到铁铬液流电池高效运行的目的。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种铁铬液流电池电解液，所述铁铬液流电池电解液包括三价铬离子有机络合物、亚铁离子、氢离子、锂离子、除锂、铁和铬外的其他金属离子和溶剂；
4、所述三价铬离子有机络合物中的有机配体包括含有羧酸基团的化合物和/或含有氨基基团的化合物。
5、铁铬液流电池电解液中，三价铬离子的含酸水溶液中存在[cr(h2o)6]3+、[cr(h2o)5cl]2+和[cr(h2o)4cl]2+三种络合物，而[cr(h2o)6]3+由于其对称结构，具有极强的稳定性，电子不易接触到三价铬离子，因而不具备化学活性，而其它两种络合离子随着反应的进行又会逐渐转化生成[cr(h2o)6]3+，从而发生三价铬离子的大量老化。
6、本专利技术三价铬离子有机络合物中的有机配体包括含有羧酸基团的化合物和/或含有氨基基团的化合物，有机配体可以替换部分/全部水分子与三价铬离子配位，生成三价络离子有机络合物，从而打破[cr(h2o)6]3+的低活性，可以达到抑制三价铬离子老化的目的；同时，部分羧基和氨基还可以在电极上被吸收形成峰强度更强的含n基团和含o基团，增加电极亲水性，也有利于电解液的扩散和吸收，降低溶液离子扩散电阻。此外，本专利技术铁铬液流电池电解液体系中还包括起到催化作用的锂离子和除锂、铁和铬外的其他金属离子，锂离子和除锂、铁和铬外的其他金属离子的加入一方面可以对三价铬离子与有机配体的络合起到促进作用，另一方面有利于提高负极铬电对的氧化还原活性，减少析氢副反应的发生。因此，利用有机配体与三价铬离子进行络合，再结合锂离子和除锂、铁和铬外的其他金属离子的催化作用，可以协同提高铁铬液流电池充放电容量、循环稳定性和能量效率，以达到铁铬液流电池高效运行的目的。
7、需要说明的是，本专利技术铁铬液流电池电解液中的部分三价铬离子与有机配位剂络合，形成含有有机配体的三价铬离子有机络合物，另一部分依旧以[cr(h2o)4cl2]+、[cr(h2o)5cl]2+和[cr(h2o)6]3+的状态存在于电解液中。
8、作为本专利技术优选的技术方案，所述含有羧酸基团的化合物包括乙醇酸、苹果酸或氨基乙酸中的任意一种或至少两种的组合。
9、优选地，所述含有氨基基团的化合物包括尿素和/或氨基乙酸。
10、优选地，所述铁铬液流电池电解液中，所述三价铬离子有机络合物中的有机配体的浓度为0.01mol/l-4.5mol/l，例如0.01mol/l、0.05mol/l、0.1mol/l、0.3mol/l、0.5mol/l、0.6mol/l、0.7mol/l、0.8mol/l、0.9mol/l、1.0mol/l、1.1mol/l、1.2mol/l、1.3mol/l、1.4mol/l、1.5mol/l、2.5mol/l、3.5mol/l或4.5mol/l等，优选为0.1mol/l-3mol/l，进一步优选为0.5mol/l-1.5mol/l。
11、本专利技术中，通过调控三价铬离子络合物中，有机配体的浓度可以更好地降低铁铬液流电池的容量衰减速度，起到提高电解液长期运行稳定性的作用，使得电池的电化学性能更优。若有机配体的浓度过高会导致电解液黏度过大，电导率降低；若有机配体的浓度过低会导致与三价铬离子络合不足，相应的络合物离子浓度过低，不能达到有效改善三价铬离子老化以及有效提升三价铬离子活性的目的。
12、优选地，所述铁铬液流电池电解液中，三价铬离子的浓度为0.01mol/l-5mol/l，例如0.01mol/l、0.05mol/l、0.1mol/l、0.3mol/l、0.5mol/l、0.8mol/l、0.9mol/l、1mol/l、1.1mol/l、1.2mol/l、1.3mol/l、1.4mol/l、1.5mol/l、1.6mol/l、1.8mol/l、2mol/l、3mol/l、4mol/l或5mol/l等，优选为0.1mol/l-2mol/l，进一步优选为0.8mol/l-1.6mol/l。
13、作为本专利技术优选的技术方案，所述除锂、铁和铬外的其他金属离子包括锡离子和/或钛离本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铁铬液流电池电解液，其特征在于，所述铁铬液流电池电解液包括三价铬离子有机络合物、亚铁离子、氢离子、锂离子、除锂、铁和铬外的其他金属离子和溶剂；
2.根据权利要求1所述的铁铬液流电池电解液，其特征在于，所述含有羧酸基团的化合物包括乙醇酸、苹果酸或氨基乙酸中的任意一种或至少两种的组合；
3.根据权利要求1或2所述的铁铬液流电池电解液，其特征在于，所述除锂、铁和铬外的其他金属离子包括锡离子和/或钛离子；
4.根据权利要求1-3任一项所述的铁铬液流电池电解液，其特征在于，所述铁铬液流电池电解液中，所述亚铁离子的浓度为0.01mol/L-5mol/L，优选为0.1mol/L-2mol/L，进一步优选为0.8mol/L-1.6mol/L；
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的铁铬液流电池电解液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机配位剂包括乙醇酸、苹果酸、尿素或氨基乙酸中的任意一种或至少两种的组合；
7.根据权利要求6所述的制备方法，
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述除锂、铁和铬外的其他金属盐包括锡盐和/或钛盐；
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
10.一种铁铬液流电池，其特征在于，所述铁铬液流电池包括如权利要求1-4任一项所述的铁铬液流电池电解液，或者，如权利要求5-9任一项所述的制备方法制备得到的铁铬液流电池电解液。
...【技术特征摘要】
1.一种铁铬液流电池电解液，其特征在于，所述铁铬液流电池电解液包括三价铬离子有机络合物、亚铁离子、氢离子、锂离子、除锂、铁和铬外的其他金属离子和溶剂；
2.根据权利要求1所述的铁铬液流电池电解液，其特征在于，所述含有羧酸基团的化合物包括乙醇酸、苹果酸或氨基乙酸中的任意一种或至少两种的组合；
3.根据权利要求1或2所述的铁铬液流电池电解液，其特征在于，所述除锂、铁和铬外的其他金属离子包括锡离子和/或钛离子；
4.根据权利要求1-3任一项所述的铁铬液流电池电解液，其特征在于，所述铁铬液流电池电解液中，所述亚铁离子的浓度为0.01mol/l-5mol/l，优选为0.1mol/l-2mol/l，进一步优选为0.8mol/l-1.6mol/l；
5.一种根据权利要求1-4任一...
【专利技术属性】
技术研发人员：张睿捷，张红玲，田向乐，李俊巍，胡超，徐红彬，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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