一种锌镍单液流电池正极活化方法与流程

本发明涉及锌镍单液流电池领域，具体涉及一种锌镍单液流电池正极活化方法。

背景技术：

锌镍单液流电池是一种新型的低成本、高效率、环境友好型的液流电池储能技术，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。

锌镍单液流电池应用于大规模储能领域需要具有较高的储能容量，这就对高容量的正极提出了要求。但是随着容量的提升，正极的电解液传输愈发困难，导致了电极极易发生析氧副反应，这就需要较长的活化过程，以便于构建顺畅的离子传输通道。但是，由于负极本身在正极活化阶段是进行正常的充放电反应。而由于正极析氧导致了正极电流效率远远低于负极的电流效率。导致在活化完成后，负极会累积较多的锌单质。溶于导致流道的堵塞及正负极的短路，对于系统的稳定性有着严重的危害。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种锌镍单液流电池正极活化方法。一方面保证正极的正常活化过程，一方面不会由于正极活化过程导致负极的锌累积，影响电池的寿命。

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正极活化方法，电池正极为氢氧化镍电极，负极为碳毡和/或锌电极，负极与正极活性物质的容量比为0.5:1-0.1:1。

电池正常充放电运行前，采用活化电解液对电极进行活化处理，活化电解液为不含锌离子的氢氧化钾或氢氧化钠的碱性水溶液，浓度为2-6mol/l，所用体积可以保证电池正常运行即可。具体活化方式为：采用0.1c-1c的电流密度进行充放电循环。

电池活化阶段发生的反应为：第一圈活化循环：充电时正极为氧化镍至羟基氧化镍和析氧副反应，负极为析氢反应；放电时正极为羟基氧化镍至氧化镍的反应；负极为锌片的溶解反应。第二圈以后的活化循环：充电时正极为氧化镍至羟基氧化镍和析氧副反应，负极为锌的沉积和析氢副反应；放电时正极为羟基氧化镍至氧化镍的反应；负极为锌片的溶解反应。

根据放电与充电电量的比值计算得到的库伦效率达到90％以上，视为活化终止。

活化终止后，将活化电解液换为锌镍单液流电池正常工作时使用的含有锌离子的碱性溶液，进行电池的正常运行。

有益效果：

本发明对锌镍单液流电池在正常充放电循环工作前，进行了活化处理，先在活化电解液不含锌离子的碱性溶液中进行充放电循环，充电时正极为氧化镍至羟基氧化镍和析氧副反应，负极为析氢反应；放电时正极为羟基氧化镍至氧化镍的反应；负极为锌片的溶解反应。第二圈以后的活化循环：充电时正极为氧化镍至羟基氧化镍和析氧副反应，负极为锌的沉积和析氢副反应；放电时正极为羟基氧化镍至氧化镍的反应；负极为锌片的溶解反应。从而解决了高正极的面容量时，负极锌累积的问题，大幅度提高电池循环稳定性。

附图说明

图1为活化结束后实施例与对比例的负极照片对比图。

(左侧为实施例，右侧为对比例)

图2为实施例1电池活化结束后，正常充放电的循环性能图。

图3对比例1电池活化结束后，正常充放电的循环性能图。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

实施例1

正极为800cm²氢氧化镍电极，面容量为40mah/cm²；采用800cm²锌片和800cm²碳毡复合在一起作为负极；锌片面容量为5mah/cm²；活化电解液为4mol/l氢氧化钾的水溶液6l；采用0.1c(4ma/cm²)的电流密度进行充放电循环，充电电截止条件为电压2.0v,放电截止条件为电压0.5v。活化循环几圈后，根据放电与充电电量的比值计算得到的库伦效率达到90％，因此活化终止。活化终止后，将活化电解液换为锌镍单液流电池正常工作时使用的含有0.5的mol/l锌离子的4的mol/l氢氧化钾的碱性溶液6l，进行电池的正常运行：采用40ma/cm²的电流密度进行充放电循环，充电电截止条件为电压2.0v,放电截止条件为电压0.5v。

对比例1不进行活化处理

正极为800cm²氢氧化镍电极，面容量为40mah/cm²；采用800cm²碳毡作为负极；电解液为含有0.5的mol/l锌离子的4的mol/l氢氧化钾的碱性溶液6l，采用10ma/cm²的电流密度进行充放电循环，充电电截止条件为电压2.0v,放电截止条件为电压0.5v。

对实施例和对比例正常运行数次循环后的锌镍单液流电池进行拆堆观察。

从图1中可以看出，对比例的负极存在明显的锌累积。结合图2及图3可以知道，实施例1在循环300次以上，电池的效率仍然保持稳定。而对比例1的效率波动明显，且在170次循环后电池效率出现衰减。

技术特征：

技术总结
一种锌镍单液流电池正极活化方法，其特征在于：正极为氢氧化镍电极，负极采用碳毡和/或锌片作为电极；电池正常运行前，使用活化电解液进行充放电循环，根据放电与充电电量的比值计算得到的电池库伦效率达到90％以上，视为活化终止；活化电解液为不含锌离子的碱性溶液；具体活化方式为，采用0.1‑1C,优选为0.1‑0.2C的电流密度进行充放电循环,充电截止条件对于单节电池为电压不高于2V,对于单节电池放电截止条件为电压不低于0.5V。

技术研发人员：赖勤志;李先锋;张华民;宋杨;许鹏程;刘新运;郑建伟
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所;陕西华银科技股份有限公司
技术研发日：2017.11.10
技术公布日：2019.05.21