专利名称：一种液流电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及液流电池领域，特别涉及一种新型液流电池钒/锡电池，该电池可应 用于大规模的储能系统。
背景技术：
氧化还原液流电池是一种将能量储存于溶液中的电化学系统，该电化学系统的容 量由电解液存储体积及电解液浓度决定，而电池功率由电堆大小决定。液流电池的突出优 点主要有寿命长，可靠性高，无污染排放和噪音，建设周期短，运行和维持费较低，是一种 高效的大规模储存电能装置。1982年D-G. Oei提出用SnCl2作液流电池负极活性物质，V2O5作为液流电池的正 极活性物质，研究了电池的一些性能变化。但是由于V2O5微溶于水，在酸性溶液中的溶解度 较小，导致电解液浓度较低，电池比能量受到电解液浓度的限制。同时，正极电极反应VO2+/ VO2+标准电极电势是1. 00V，负极电极反应Sn47Sn2+标准电极电势是0. 154V，组成电池电动 势是 0. 846V。
发明内容
本发明的目在于提出一种新型液流电池钒/锡电池，该液流电池正极活性物质 发生的电极反应V02+/V02+，负极活性物质发生的电极反应为Sn2+/Sn，因为Sn2+/Sn标准电极 电势是-0. 136V，组成电池的电动势为1. 136V，提高了电池电动势。同时，正极活性物质采 用溶解度较大的四价钒V(IV)化合物，克服电池比能量低的缺点。另外，作为电极活性物 质的锡化合物对环境没有污染且含量丰富，成本较低。本发明的技术方案如下一种新型液流电池钒/锡电池，该液流电池的单电池主要设有正极、正极储液 罐、负极、负极储液罐，正、负极由隔膜隔开，正极储液罐内装有正极电解液，正极电解液为 含钒的酸性溶液，正极储液罐通过管道经由液泵接入正极构成回路；负极储液罐内装有负 极电解液，负极为含锡的酸性溶液，负极储液罐通过管道经由液泵接入负极构成回路。在充 放电过程中，正负极电解液在液泵推动下分别将电解液泵入电池内，保证电解液在储液罐 和电池之间不断流动。含锡的酸性溶液中，主要是以氧化亚锡、氢氧化亚锡、氯化亚锡、硫化亚锡、焦磷酸 亚锡、硫酸亚锡、烷基磺酸亚锡或氟化亚锡作为单电池的负极活性物质，负极活性物质水溶 液的浓度范围为0. 01mol/L 2mol/L。含钒的酸性溶液中，主要是以二氧化钒或硫酸氧钒作为单电池的正极活性物质， 正极活性物质水溶液的浓度范围为0. 01mol/L 4mol/L。电解液是酸性电解液，该电解液中酸的主要成分是以下一种或一种以上硫酸、盐 酸、硝酸、磷酸、碳酸，电解液的浓度范围为0. lmol/L 5mol/L。隔膜可以防止正负极电解液的交叉污染，同时又可以通过质子，隔膜可以采用常规的阳离子交换膜。本发明中，单电池正负极电极材料为常规的多孔状碳毡类材料，如石墨毡、炭布、 复合炭毡或碳纤维复合材料。本发明的优点1、本发明以四价钒化合物为液流电池正极活性物质，二价锡为液流电池负极活性 物质，电池经充放电测试，具有循环寿命长，可深度放电的优点，电池效率比同样条件下的 全钒液流电池效率高。2、本发明中液流电池负极活性物质为二价锡化合物，二价锡化合物在发生氧化还 原反应中转移两个电子，电池比容量比转移一个电子高。同时，锡化合物是一种环境友好性 物质且价格低廉，不会对环境造成污染，完全符合液流电池绿色环保的特征。3、本发明液流电池具有制造工艺简单、成本低、循环寿命高等优点。
图1为本发明单电池结构图。图2为本发明单电池系统示意图。图1-图2中，1双极板I ；2电极I ；3电极框I ；4隔膜；5电极框II ；6双极板II ； 7单电池；8储液罐I ；9泵I ；10正极；11负极；12电极II ;13泵II ;14储液罐II。
具体实施例方式如图1所示，本发明新型液流电池的单电池7主要包括双极板I 1、电极I 2、电 极框I 3、隔膜4、电极框II 5、双极板II 6等，电极I 2和电极II分别安装于电极框I 3和电 极框II 5内，电极框I 3和电极框II 5内侧通过隔膜4隔开，电极框I 3和电极框II 5外侧 分别安装双极板I 1和双极板II 6。本发明中，单电池正、负极双极板为常规的导电复合材 料、导电碳板或金属板。如图2所示，本发明新型液流电池的单电池系统主要包括电极I 2、隔膜4、储液罐 I 8、泵I 9、正极10、负极11、电极II 12、泵II 13、储液罐II 14等，具体结构如下储液罐I 8为正极储液罐，储液罐I 8出口端通过管路与正极10底部连通，在该 管路上设有泵I 9，储液罐I 8入口端通过管路与正极10顶部连通，在储液罐I 8内装有正 极电解液，正极电解液为含钒的酸性溶液，储液罐I 8通过管道经由液泵接入电池内部构 成回路，在储液罐I 8内发生的电极反应为V02++2H+e — V02++H20 ；储液罐II 14为负极储液罐，储液罐II 14出口端通过管路与负极11底部连通，在 该管路上设有泵II 13，储液罐II 14入口端通过管路与负极11顶部连通，在储液罐II 14内 装有负极电解液，负极为含锡的酸性溶液，储液罐II 14通过管道经由液泵接入电池内部构 成回路，在储液罐II 14内发生的电极反应为Sn2++2e — Sn ；正极10与负极11内分别装有电极I 2、电极II 12，正极10与负极11之间通过隔 膜4隔开，在充放电过程中，正、负极电解液在液泵推动下分别将电解液泵入电池内，保证 电解液在储液罐和电池之间不断流动；本发明中，多组单电池可串联成电堆。实施例1向单电池负极储液罐中加入lmol/L 二价锡离子(氧化亚锡)和2mol/L硫酸电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入2mol/L四价钒离子(硫酸氧钒)和2mol/ L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对电池进行充放 电测试。其中，充放电电流密度为50mA/cm2，充电电压为1. 5V，放电电压为1. IV。经过多次 充放电测试，平均电压效率为在88 %，平均库仑效率94. 85 %，平均能量效率83. 24 %。高于 同样条件下全钒液流电池的效率。实施例2向单电池负极储液罐中加入lmol/L 二价锡离子(氢氧化亚锡)和2mol/L硫酸 电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入2mol/L四价钒离子(硫酸氧钒)和 2mol/L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对电池进行 充放电测试。其中，充放电电流密度为lOOmA/cm2，充电电压为1. 5V，放电电压为1. IV。经过 多次充放电测试，平均电压效率为在83. 7%，平均库仑效率94. 4%，平均能量效率79. 1 %。实施例3向单电池负极储液罐中加入lmol/L 二价锡离子(氯化亚锡)和2mol/L硫酸电解 液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入2mol/L四价钒离子(二氧化钒)和2 mol/ L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对电池进行充放 电测试。其中，充放电电流密度为160mA/cm2，充电电压为1. 5V，放电电压为1. IV。经过多 次充放电测试，平均电压效率为在75.6%，平均库仑效率92.5%，平均能量效率69. 9 %。实施例4向单电池负极储液罐中加入0. 5mol/L 二价锡离子(硫化亚锡)和2. 5mol/L硫酸 电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入lmol/L四价钒离子(硫酸氧钒)和 2. 5mol/L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对电池进 行充放电测试。其中，充放电电流密度为50mA/cm2，充电电压为1. 5V，放电电压为1. IV。经过 多次充放电测试，平均电压效率为在87.8%，平均库仑效率95.7%，平均能量效率84. 1 %。实施例5向单电池负极储液罐中加入0. 5mol/L 二价锡离子(焦磷酸亚锡)和2. 5mol/L 硫酸电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入lmol/L四价钒离子(二氧化钒) 和2. 5mol/L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对 电池进行充放电测试。其中，充放电电流密度为lOOmA/cm2，充电电压为1.5V，放电电压为 1. IV。经过多次充放电测试，平均电压效率为在85.2%，平均库仑效率92.6%，平均能量效 率 78. 9%。实施例6向单电池负极储液罐中加入0. 5mol/L 二价锡离子(硫酸亚锡)和2. 5mol/L硫 酸电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入lmol/L四价钒离子(硫酸氧钒) 和2.5mol/L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对 电池进行充放电测试。其中，充放电电流密度为160mA/cm2，充电电压为1.5V，放电电压为 1. IV。经过多次充放电测试，平均电压效率为在77.5%，平均库仑效率92. 1%，平均能量效 率 71.4%。
权利要求
一种液流电池，其特征在于，该液流电池的单电池主要设有正极、正极储液罐、负极、负极储液罐，正、负极由隔膜隔开，正极储液罐内装有正极电解液，正极电解液为含钒的酸性溶液，正极储液罐通过管道经由液泵接入正极构成回路；负极储液罐内装有负极电解液，负极为含锡的酸性溶液，负极储液罐通过管道经由液泵接入负极构成回路。
2.按照权利要求1所述的液流电池，其特征在于，多组单电池串联成电堆。
3.按照权利要求1所述的液流电池，其特征在于，含锡的酸性溶液中，活性物质主要是 氧化亚锡、氢氧化亚锡、氯化亚锡、硫化亚锡、焦磷酸亚锡、硫酸亚锡、烷基磺酸亚锡或氟化 亚锡。
4.按照权利要求1所述的液流电池，其特征在于，含钒的酸性溶液中，活性物质主要是 二氧化钒或硫酸氧钒。
5.按照权利要求1所述的液流电池，其特征在于，电解液是酸性电解液，该电解液中酸 的主要成分是以下一种或一种以上硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、碳酸。
6.按照权利要求1所述的液流电池，其特征在于，隔膜采用阳离子交换膜。
全文摘要
本发明涉及液流电池领域，特别涉及一种新型液流电池钒/锡电池，该电池可应用于大规模的储能系统。该液流电池的单电池主要设有正极、正极储液罐、负极、负极储液罐，正、负极由隔膜隔开，正极储液罐内装有正极电解液，正极电解液为含钒的酸性溶液，正极储液罐通过管道经由液泵接入正极构成回路；负极储液罐内装有负极电解液，负极为含锡的酸性溶液，负极储液罐通过管道经由液泵接入负极构成回路。在充放电过程中，正负极电解液在液泵推动下分别将电解液泵入电池内，保证电解液在储液罐和电池之间不断流动。本发明液流电池提高了电池电动势，克服电池比能量低的缺点，具有制造工艺简单、成本低、循环寿命高等优点。
文档编号H01M8/24GK101997129SQ200910013448
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者严川伟, 刘建国, 陈富于, 陈晖 申请人:中国科学院金属研究所