CN114497661A - 一种锌溴液流电池电解液及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锌溴液流电池电解液及其应用，于锌溴液流电池的电解液中加入有含有乙酸根的添加剂。本发明降低电池运行过程中析氢量，稳定电解液pH，提升电池循环稳定性。

Description

一种锌溴液流电池电解液及其应用
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，特别涉及锌溴液流电池电解液领域。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭，风能、太阳能等可再生能源的开发利用成为各国关注的焦点。由于风能、太阳能受天气等因素影响具有不连续、不稳定性，这会在可再生能源发电并网过程中电网造成冲击，影响供电质量及电网稳定。储能技术则可解决这一问题，保证可再生能源发电并网的高效稳定运行。储能技术主要分为物理储能和化学储能两大类。其中以全钒液流电池和锌溴液流电池为代表的化学储能由于具有功率和容量相互独立、响应迅速、结构简单、易于设计、循环寿命长、环境友好等诸多优点在规模化储能上最具优势。锌溴液流电池电解液由于价格便宜、资源丰富、来源广泛相比于全钒液流电池电解液更具成本优势。
由于锌溴液流电池电解液属于酸性体系，电池运行过程中会有析氢反应产生，影响电池效率，同时氢气的产生还会造成电解液pH值升高，pH值升高会促进锌的水解反应发生，生成固体氢氧化锌，使电池极化逐渐增大，电池性能逐渐下降，直至堵塞电池，使电池失效。因此，锌溴液流电运行过程中需尽量抑制析氢反应的发生，同时控制电解液pH上升，从而保证电池长期稳定运行。
现有技术电池运行的问题有：
1.电池运行过程中有析氢副反应发生
2.随着循环增加电解液pH逐渐升高，有固体氢氧化锌生成，电池性能下降，严重时会使电池堵塞，导致电池失效。
发明内容
为解决现有技术电池运行的问题，本发明的目的是提供一种锌溴液流电池电解液及其应用
一种锌溴液流电池电解液，于锌溴液流电池的电解液中加入有含有乙酸根的添加剂。
含乙酸根添加剂主要为乙酸钠、乙酸钾、乙酸铵、乙酸铅、乙酸锌中的一种或二种以上，电解液中添加剂终浓度0.1M-0.5M，优选0.1-0.2M，更优选0.1M。
所述锌溴液流电池的电解液为水溶液，其中含有0.5-2M(1-2M，更优选2M)ZnBr2，1-3M(优选2-3M，更优选3M)KCl，0.4-0.8M(优选0.6-0.8M，更优选0.8M)溴化N—乙基,甲基吡咯烷(MEP)。
所述电解液在锌溴液流电池中的应用。
所述锌溴液流电池的正负极电极材料分别为碳毡、石墨毡或碳纸中的一种或二种以上。
电池的隔膜为多孔膜。
本发明提供的技术方案为：
于锌溴液流电池的电解液中加入有含有乙酸根的添加剂。
含乙酸根添加剂主要为乙酸钠、乙酸钾、乙酸铵、乙酸铅、乙酸锌中的一种或二种以上，电解液中添加剂终浓度0.1M-0.5M，优选0.1-0.2M，更优选0.1M。
1.初始电解液为2MZnBr2+3MKCl+0.8M溴化N—乙基，甲基吡咯烷
(MEP)
2.向电解液中加入含有乙酸根添加剂
3.所述含乙酸根添加剂主要为乙酸钠、乙酸钾、乙酸铵、乙酸铅、乙酸锌等
4.添加剂浓度0.1M-0.5M
本发明的有益效果：
降低电池运行过程中析氢量，稳定电解液pH，提升电池循环稳定性。
附图说明
图1空白电解液电池循环稳定性。
图2添加乙酸钠电解液电池循环稳定性。
图3空白电解液与添加乙酸钠电解液循环伏安图。
具体实施方式
实施例1
电池电解液为2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP+0.1M CH3COONa，单电池包括依次叠合的正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。充放电电流密度40mA/cm2。采用排水法测试电池运行过程中产氢量。同时采用pH计测量电池运行过程中电解液pH变化情况。
采用2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP+0.1M CH3COONa为电解液电池10个循环产氢量为1ml。电解液中加入CH3COONa后电池析氢量明显
减少。电解液pH变化如下：
Figure BDA0002774618550000021
Figure BDA0002774618550000031
加入乙酸钠，电解液31循环pH仅上升0.04。电池380循环性能稳定，未见明显衰减，电池未出现堵塞现象。(如图1所示)
对比例1
电池电解液为2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP，单电池依次正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。充放电电流密度40mA/cm2。采用排水法测试电池运行过程中产氢量。同时采用pH计测量电池运行过程中电解液pH变化情况。
采用2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP为电解液电池10个循环产氢量为5ml。说明电解液中加入CH3COONa后电池析氢量明显减少。电解液pH变化如下：
循环 pH
初始电解液 3.11
1放电结束 3.99
2放电结束 4.09
9放电结束 4.34
10放电结束 4.37
11放电结束 4.43
12放电结束 4.46
20放电结束 4.53
21放电结束 4.53
22放电结束 4.59
23放电结束 4.60
31放电结束 4.62
未添加乙酸钠电解液31循环电解液pH由3.11提高到4.60，提高1.49。电池运行过程中性能有所衰减，电池运行300循环后，电池出现电解液流动不畅直至最后电池堵塞，性能骤降。(如图2所示)
对比例2
电池电解液为2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP+0.1MCH3CH2COONa，单电池包括依次叠合的正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。充放电电流密度40mA/cm2。采用排水法测试电池运行过程中产氢量。同时采用pH计测量电池运行过程中电解液pH变化情况。
采用2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.1MCH3CH2COONa为电解液电池10个循环产氢量为4ml。电解液中加入CH3CH2COONa后电池析氢量比添加CH3COONa析氢量高。电解液pH变化如下：
循环 pH
初始电解液 4.75
1放电结束 4.76
2放电结束 4.78
9放电结束 4.80
10放电结束 4.81
11放电结束 4.83
12放电结束 4.85
20放电结束 4.87
21放电结束 4.90
22放电结束 4.91
23放电结束 4.92
31放电结束 4.93
电解液pH值提高0.22，此外电池循环稳定性较差，随着循环的进行出现电池管路堵塞现象，导致电池无法正常运行。
对比例3
电池电解液为2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP+0.1M HCOONa，单电池包括依次叠合的正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。充放电电流密度40mA/cm2。采用排水法测试电池运行过程中产氢量。同时采用pH计测量电池运行过程中电解液pH变化情况。
Figure BDA0002774618550000041
Figure BDA0002774618550000051
电解液pH值提高0.24，此外电池循环稳定性较差，随着循环的进行出现电池管路堵塞现象，导致电池无法正常运行。
实施例2
电池电解液分别为2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP+0.1MCH3COONa，2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8MMEP+0.2MCH3COONa，2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP+0.3MCH3COONa，2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP+0.4MCH3COONa，2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP+0.5MCH3COONa，单电池包括依次层叠的正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。充放电电流密度40mA/cm2。电池性能如下表所示：
Figure BDA0002774618550000052
实施例3
以玻碳电极为工作电极，石墨板为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极分别对电解液中添加0M、0.1M乙酸钠添加剂时Zn2+/Zn电化学活性进行测试，扫描范围-0.6V--1.2V,扫描速率10mV/s。
从图3的CV曲线可以看出，添加乙酸钠之后，锌的成核电位降低20mV，表明添加剂的加入有助于促进锌的沉积。

Claims (6)

1.一种锌溴液流电池电解液，于锌溴液流电池的电解液中加入有含有乙酸根的添加剂。
2.根据权利要求1所述电解液，其特征在于：含乙酸根添加剂主要为乙酸钠、乙酸钾、乙酸铵、乙酸铅、乙酸锌中的一种或二种以上，电解液中添加剂终浓度0.1M-0.5M，优选0.1-0.2M，更优选0.1M。
3.根据权利要求1或2所述电解液，其特征在于：所述锌溴液流电池的电解液为水溶液，其中含有0.5-2M(1-2M，更优选2M)ZnBr2，1-3M(优选2-3M，更优选3M)KCl，0.4-0.8M(优选0.6-0.8M，更优选0.8M)溴化N—乙基,甲基吡咯烷(MEP)。
4.一种权利要求1-3任一所述电解液在锌溴液流电池中的应用。
5.根据权利要求4所述应用，其特征在于：所述锌溴液流电池的正负极电极材料分别为碳毡、石墨毡或碳纸中的一种或二种以上。
6.根据权利要求4所述应用，其特征在于：电池的隔膜为多孔膜。
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