一种锌镍单液流电池系统的制作方法

本发明涉及一种锌镍单液流电池系统。

技术背景

锌镍单液流电池是一种新型的低成本、高效率、环境友好型的液流储能电池，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。

目前公知的锌/镍液流电池只有一个电解液储罐，电解液是流动的锌酸盐碱性溶液，电池中不使用离子交换膜，通过电池腔内离子的自由流动与外电路电子的定向运动构成电流回路。电极反应方程式如下：

正极：

负极：

总反应：

充电时，正极的Ni(OH)₂氧化成NiOOH，负极的辛酸根离子沉积成金属锌；放电时发生相反的过程。电池中不使用离子交换膜，通过电池腔内离子的自由运动和外电路电子的定向流动构成电流回路。

众所周知，锌单质为两性金属，既可以溶解在酸中，也可以溶解在碱中。而锌镍单液流电池的电解液为高浓度氢氧化钾溶液，在充电过程中由于有不断地锌单质产生，可以抵消锌在碱性溶液中的溶解。而电池在搁置或不运行时，锌单质会缓慢的溶解在电解液中，导致负极活性物质的损失，电池的库伦效率急剧下降。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，结合锌镍单液流电池和传统液流电池技术，规避锌单质在电解液中的溶解问题，提出一种锌镍单液流电池系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种锌镍单液流电池系统，电池系统由电池模块、电解液储存容器、循环泵、循环管路组成；电池模块由一节或二节以上单电池串联而成，单电池包括正极、负极、电池壳体，正极、负极位于电池壳体内，电池模块置于电解液储存容器上方；

电池模块充放电时，电解液经由循环泵通过循环管路从电解液储存容器输送至单电池的电池壳体内，于单电池的正、负极发生相应的电化学反应；

电池不进行充放电工作时，单电池电池壳体内的电解液通过重力作用自动回流至电解液储存容器中。

电解液储存容器位于电池壳体正下方，并通过循环管路与电解液循环泵连接。

电解液储存容器的出液口通过循环泵与电池壳体的进液口相连，电解液储存容器的进液口与电池壳体的出液口相连。

本发明的有益效果：

本发明追对由于锌镍单液流电池在搁置或不运行时，锌单质会缓慢的溶解在电解液中，导致负极活性物质的损失，电池的库伦效率急剧下降的问题，提出了一体式电解液储存装置的概念。充放电时，电解液经由泵从一体式电解液储存装置输送至电池壳体，正、负极发生相应的电化学反应；电池搁置时，电解液通过重力作用自动回复至电解液储存装置中。规避了电池在搁置时的负极活性物质溶解问题，大大提高了系统的循环稳定性。

附图说明

图1本发明提及的锌镍单液流电池系统示意图；

其中1、电池壳体；2、电解液储存装置；3、循环泵；4、循环管路；5、回液管路；6、正极；7、负极

图2传统的锌镍单液流电池系统示意图；

其中1、电池壳体；2、循环泵；3、管路；4、正极；5、负极

图3为使用该系统的锌镍单液流电池循环性能；

图4为传统锌镍单液流电池的循环性能。

实施例1

采用如图1本发明的锌镍单液流电池系统，电解液：40ml的1.5mol/L锌酸盐溶液；单电池依次正极3x3cm²、负极3x3cm²；

电池测试：电解液流速：5ml/min；充放电电流密度80mA/cm²；充电容量20mAh/cm²。电池运行第10次循环结束充满电后，循环泵停止，电池处于搁置状态12h后重新运行。电池性能见图3。由图3可知在充放电电流密度80mA/cm²；充电容量20mAh/cm²条件下，前十次循环的电池的库仑效率达到了99％，能量效率达到了80％左右。经过搁置12h后，电池的相关性能没有明显变化。

对比例1

采用如图2电池结构的传统锌镍单液流电池系统，电解液：40ml的1.5mol/L锌酸盐溶液；单电池依次正极3x3cm²、负极3x3cm²；

电池测试：电解液流速：5ml/min；充放电电流密度80mA/cm²；充电容量20mAh/cm²。电池运行第10次循环结束充满电后，循环泵停止，电池处于搁置状态12h后重新运行。电池性能见图4。由图4可知在充放电电流密度80mA/cm²；充电容量20mAh/cm²条件下，前十次循环的电池的库仑效率达到了99％，能量效率达到了80％左右，与实施例1没有明显区别。经过搁置12h后，电池首次循环库仑效率仅有89％，能量效率仅为70％。说明，电池在搁置状态下，如果没有一体式的电解液循环装置，电池搁置状态下自放电严重。