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专利号: 2019107098291
申请人: 江西理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.铁基液流电池,包括离子交换膜、正负极、正负极电解液,其特征是:所述负极电解液的活性物质为K3Fe(CN)6,其恒定的pH以六亚甲基四胺-盐酸来维持,且与之对应的负极固态储能材料为普鲁士蓝Fe4[Fe(CN)6]3;

正极电解液活性物质为Fe(bpy)3Cl2或Fe(3-mbpy)3Cl2或Fe(4-mbpy)3Cl2或Fe(5-mbpy)

3Cl2或Fe(6-mbpy)3Cl或Fe(3,3’-dmbpy)3Cl2或Fe(3,4’-dmbpy)3Cl2或Fe(3,5’-dmbpy)3Cl2或Fe(3,6’-dmbpy)3Cl2或Fe(4,4’-dmbpy)3Cl2或Fe(5,5’-dmbpy)3Cl2或Fe(6,6’-dmbpy)3Cl2或Fe(3m3’hbpy)3Cl2或Fe(3m4’hbpy)3Cl2或Fe(3m5’hbpy)3Cl2或Fe(3m6’hbpy)3Cl2或Fe(4m3’hbpy)3Cl2或Fe(4m4’hbpy)3Cl2或Fe(4m5’hbpy)3Cl2或Fe(4m6’hbpy)3Cl2或Fe(5m5’hbpy)3Cl2或Fe(6m6’hbpy)3Cl2,其恒定的pH以氨基乙酸-盐酸来维持,且与之对应的正极固态储能材料为普鲁士蓝Fe4[Fe(CN)6]3;

通过中间体K3Fe(CN)6与对应的Fe(bpy)3Cl2或Fe(3-mbpy)3Cl2或Fe(4-mbpy)3Cl2或Fe(5-mbpy)3Cl2或Fe(6-mbpy)3Cl或Fe(3,3’-dmbpy)3Cl2或Fe(3,4’-dmbpy)3Cl2或Fe(3,5’-dmbpy)3Cl2或Fe(3,6’-dmbpy)3Cl2或Fe(4,4’-dmbpy)3Cl2或Fe(5,5’-dmbpy)3Cl2或Fe(6,6’-dmbpy)3Cl2或Fe(3m3’hbpy)3Cl2或Fe(3m4’hbpy)3Cl2或Fe(3m5’hbpy)3Cl2或Fe(3m6’hbpy)

3Cl2或Fe(4m3’hbpy)3Cl2或Fe(4m4’hbpy)3Cl2或Fe(4m5’hbpy)3Cl2或Fe(4m6’hbpy)3Cl2或Fe(5m5’hbpy)3Cl2或Fe(6m6’hbpy)3Cl2的氧化还原来实现电子/电荷在正负电极与固体储能材料Fe4[Fe(CN)6]3之间的传递。

2.根据权利要求1所述的铁基液流电池,其特征是,所述负极电解液的组成为:0.02-

0.8M K3Fe(CN)6+0.02-1.6M C6H12N4/HCl+0.02-1.6M NaCl。

3.根据权利要求1所述的铁基液流电池,其特征是,所述正极电解液的组成为:0.02-

0.8M Fe(bpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl,其中,bpy为2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3-mbpy为3-甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4-mbpy为4-甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(5-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,5-mbpy为5-甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(6-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,6-mbpy为6-甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3,3’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3,3’-dmbpy为3,3’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3,4’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3,4’-dmbpy为3,4’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3,5’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3,5’-dmbpy为3,5’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3,6’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3,6’-dmbpy为3,6’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4,4’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4,4’-dmbpy为4,4’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(5,5’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,5,5’-dmbpy为5,5’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(6,6’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,6,6’-dmbpy为6,6’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3m3’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3m3’hbpy为3-甲基-3’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3m4’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3m4’hbpy为3-甲基-4’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3m5’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3m5’hbpy为3-甲基-5’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3m6’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3m6’hbpy为3-甲基-6’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4m3’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4m3’hbpy为4-甲基-3’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4m4’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4m4’hbpy为4-甲基-4’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4m5’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4m5’hbpy为4-甲基-5’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4m6’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4m6’hbpy为4-甲基-6’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(5m5’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,5m5’hbpy为5-甲基-5’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(6m6’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,6m6’hbpy为6-甲基-6’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:

4.根据权利要求1所述的铁基液流电池,其特征是:电极反应如下,负极反应:

正极反应:

5.根据权利要求1所述的铁基液流电池,其特征是:负极电解液的pH为5.0—7.0;正极电解液的pH为1.5—2.5。

6.根据权利要求1所述的铁基液流电池,其特征是:电池单体的正、负极选用碳毡或石墨毡或石墨板或石墨纸或碳布惰性材料;离子交换膜把电池单体分隔为正极室、负极室和中间的氯化钠电解液室三部分,氯化钠电解液浓度为0.5—1.5M,正极在正极室中,负极在负极室中;所述离子交换膜选用阳离子交换膜和阴离子交换膜,阳离子交换膜在负极一侧,阴离子交换膜在正极一侧。

7.根据权利要求1所述的铁基液流电池,其特征是:电池单体的正、负极标准电势差为

0.65V。

8.权利要求1所述的铁基液流电池所使用的正负极电解液,其特征是,负极电解液的组成为:0.02-0.8M K3Fe(CN)6+0.02-1.6M C6H12N4/HCl+0.02-1.6M NaCl;

正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(bpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl,其中,bpy为2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3-mbpy为3-甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4-mbpy为4-甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(5-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,5-mbpy为5-甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(6-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,6-mbpy为6-甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3,3’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3,3’-dmbpy为3,3’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3,4’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3,4’-dmbpy为3,4’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3,5’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3,5’-dmbpy为3,5’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3,6’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3,6’-dmbpy为3,6’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4,4’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4,4’-dmbpy为4,4’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(5,5’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,5,5’-dmbpy为5,5’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(6,6’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,6,6’-dmbpy为6,6’-二甲基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3m3’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3m3’hbpy为3-甲基-3’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3m4’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3m4’hbpy为3-甲基-4’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3m5’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3m5’hbpy为3-甲基-5’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(3m6’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,3m6’hbpy为3-甲基-6’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4m3’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4m3’hbpy为4-甲基-3’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4m4’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4m4’hbpy为4-甲基-4’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4m5’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4m5’hbpy为4-甲基-5’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(4m6’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,4m6’hbpy为4-甲基-6’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(5m5’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,5m5’hbpy为5-甲基-5’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:或正极电解液的组成为:0.02-0.8M Fe(6m6’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl,其中,6m6’hbpy为6-甲基-6’-羟基-2,2’-联吡啶,结构式为:

9.制备权利要求8所述负极电解液的方法,其特征是:包括以下步骤,以下份数表示物质的量:A步骤,称取1份K3Fe(CN)6,溶于水中,充分搅拌;

B步骤,称取1-2份六亚甲基四胺和1-2份HCl加入A步骤的溶液中,充分搅拌;

C步骤,称取1-2份NaCl加入B步骤的溶液中,充分搅拌;

最后加入水,将各物质定容到浓度范围:0.02-0.8M K3Fe(CN)6+0.02-1.6M C6H12N4/HCl+0.02-1.6M NaCl。

10.制备权利要求8所述正极电解液的方法,其特征是:包括以下步骤,以下份数表示物质的量:A步骤,称取1份FeCl2和3份2,2’-联吡啶或3份3-甲基-2,2’-联吡啶或3份4-甲基-2,2’-联吡啶或3份5-甲基-2,2’-联吡啶或3份6-甲基-2,2’-联吡啶或3份3,3’-二甲基-2,2’-联吡啶或3份3,4’-二甲基-2,2’-联吡啶或3份3,5’-二甲基-2,2’-联吡啶或3份3,6’-二甲基-

2,2’-联吡啶或3份4,4’-二甲基-2,2’-联吡啶或3份5,5’-二甲基-2,2’-联吡啶或3份6,6’-二甲基-2,2’-联吡啶或3份3-甲基-3’-羟基-2,2’-联吡啶或3份3-甲基-4’-羟基-2,2’-联吡啶或3份3-甲基-5’-羟基-2,2’-联吡啶或3份3-甲基-6’-羟基-2,2’-联吡啶或3份4-甲基-3’-羟基-2,2’-联吡啶或3份4-甲基-4’-羟基-2,2’-联吡啶或3份4-甲基-5’-羟基-2,

2’-联吡啶或3份4-甲基-6’-羟基-2,2’-联吡啶或3份5-甲基-5’-羟基-2,2’-联吡啶或3份

6-甲基-6’-羟基-2,2’-联吡啶,溶于水中,充分搅拌;

B步骤,称取0.01-0.1份C2H5NO2/HCl加入A步骤的溶液中,充分搅拌;

C步骤,称取1-2份NaCl加入B步骤的溶液中,充分搅拌;

最后加入水,将各物质定容到对应浓度范围:0.02-0.8M Fe(bpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(3-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(4-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(5-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-

0.8M Fe(6-mbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(3,3’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(3,4’-dmbpy)

3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(3,5’-dmbpy)3Cl2+

0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(3,6’-dmbpy)3Cl2+0.0002-

0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(4,4’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(5,5’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(6,6’-dmbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-

1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(3m3’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或

0.02-0.8M Fe(3m4’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(3m5’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(3m6’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(4m3’hbpy)3Cl2+

0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(4m4’hbpy)3Cl2+0.0002-

0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(4m5’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(4m6’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+

0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(5m5’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl或0.02-0.8M Fe(6m6’hbpy)3Cl2+0.0002-0.08M C2H5NO2/HCl+0.02-1.6M NaCl。