一种负极为钛电对的液流电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型液流电池体系的构建，特别涉及一种负极为钛电对的液流电 池。 技术背景
[0002] 液流电池是一种以活性物质在流动状态下实现充电、放电为特点的大规模储能装 置，近年来，随着风能太阳能等可再生能源的发展，液流电池由于其大规模储能特点彰显出 良好的发展前景。迄今为止，液流电池已发展出多种体系，从铁/铬电池开始，到多硫化钠 /溴和全钒液流电池，以及新体系探索，然而，仍有许多性能良好的体系未能得到足够的重 视。特别是，1979年，FSavinell等提出的铁钛电池，电池正极为Fe37Fe2+，负极为TiO2+/ Ti3+，该电池的理论电压低，仅有0. 77V(实际放电仅有0. 67V)，为此，铁钛电池未能得到发 展。该电池中，Fe3YFe2+半电池具有较好的可逆性和较快的动力学特征，后续发展出了铁铬 电池；而钛半电池反应速度相对慢，易形成TiO2沉淀，使电极钝化，为此，钛电对未能得到后 续的应用。然而，研究表明，通过电解液配比的改变，在中性或酸性条件下，TiO2Vti3+具有 溶解度高、氧化还原电位低、可逆性好、化学性质稳定性好的优点，与适当的正极电对配对， 可以得到一系列性能优良的液流电池新体系。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一系列以钛电对为负极的新型液流电池体系。不同于现有 的液流电池体系，本发明的思路是：在中性或酸性条件下，采用溶解度高、氧化还原电位低、 可逆性好、化学性质稳定性好的钛电对作为负极，采用溶解度高、氧化还原电位高、可逆性 好、化学性质稳定性好的钴（III)/钴（II)、锰（III)/锰（II)、锰（IV)/锰（II)、碘（VII)/ 碘（V)或碘（V)/碘作为正极，构建出一种系列新型的液流电池体系，实现大规模储能的需 求。
[0004] 本发明的技术方案如下：负极为钛电对的液流电池由电池单体1、负极储罐8、正 极储罐10、泵12和管路13构成；电池单体1通过管路13与负极储罐8相连，负极储罐8通 过管路13依次与泵12、电池单体1相连并行成回路；电池单体1通过管路13与正极储罐 10相连，正极储罐10通过管路13依次与泵12、电池单体1相连并行成回路；负极电解液9 的主体存放在负极储罐8中，正极电解液11的主体存放在正极储罐10中，以管路13通过 泵12与电池单体1连成回路；在充放电过程中，负极电解液9与正极电解液11在泵12推 动下通过管路13在负极储罐8及正极储罐10和电池单体1之间循环流动；其中电池单体 1是由负极集流体3、负极电极4、隔膜2、正极电极6和正极集流体5封装在外壳7中组成， 正极集流体5、正极电极6、隔膜2、负极电极4、负极集流体3依次相连；隔膜2分隔电池单 体1的负极电解液9和正极电解液11 ;该液流电池的负极电解液9和正极电解液11为水溶 液，负极活性物质是钛IV/钛III电对，正极活性物质电对是钴III和钴II、锰III/锰II、 锰IV/锰II、碘VII/碘V或碘V/碘，负极活性物质溶解于负极电解液9中，正极活性物质 溶解于正极电解液11中。
[0005] 本发明的正极电极6为碳材料、具有导电氧化物膜表面的钛及钛合金、具有导电 氮化物膜表面的钛及钛合金、具有导电氧化物膜表面的钽及钽合金、具有导电氮化物膜表 面的钽及钽合金或具有导电碳化物膜表面的钽及钽合金，形态是多孔的材料。
[0006] 本发明的负极电极4是碳材料、具有导电氧化物膜表面的钛及钛合金、具有导电 氮化物膜表面的钛及钛合金、具有导电氧化物膜表面的钽及钽合金、具有导电氮化物膜表 面的钽及钽合金或具有导电碳化物膜表面的钽及钽合金，形态是多孔的材料。
[0007] 本发明的负极集流体3为碳材料、钛及钛合金、钽及钽合金、不锈钢或铅及铅合 金。
[0008] 本发明的正极集流体5为碳材料、具有导电氧化物膜表面的钛及钛合金、具有导 电氮化物膜表面的钛及钛合金、具有导电氧化物膜表面的钽及钽合金、具有导电氮化物膜 表面的钽及钽合金或具有导电碳化物膜表面的钽及钽合金。
[0009] 本发明的负极电解液9和正极电解液11的支持电解质为硫酸、盐酸、氢溴酸、氢碘 酸、溴酸、碘酸、乙酸、甲基磺酸、氨基磺酸、氟代磺酸，硫酸盐、盐酸盐、氢溴酸盐、氢碘酸盐、 溴酸盐、碘酸盐、乙酸盐、甲基磺酸盐、氨基磺酸盐、氟代磺酸盐中的一种以上。
[0010] 本发明的负极电解液9和正极电解液11的pH值小于8。
[0011] 本发明的电解质溶液中钛的浓度为〇. 05~2. 5摩尔每升；电解质溶液中钴的浓度 为0. 05~2. 0摩尔每升；电解质溶液中锰的浓度为0. 05~2. 0摩尔每升；电解质溶液中碘 的浓度为〇. 05~3. 0摩尔每升。
[0012] 本发明的隔膜2为阳离子交换膜、阴离子交换膜或选择透过性微孔膜。
[0013] 本发明新型液流电池体系具有如下特点：
[0014] 1、负极为在中性或酸性条件下，采用溶解度高、氧化还原电位低、可逆性好、化学 性质稳定性好的钛电对。
[0015] 2、正极为中性或酸性条件下，采用溶解度高、氧化还原电位高、可逆性好、化学性 质稳定性好的钴（III)/钴（II)、锰（III)/锰（II)、锰（IV)/锰（II)、碘（VII)/碘（V)或 碘（V)/碘。
[0016] 该新型液流电池体系具有电池电压商、制造工艺简单、成本低、循环寿命商等优 点，可广泛应用于电力、交通、电子等行业。
【附图说明】
[0017] 图1. 一种负极为钛电极的液流电池结构图
[0018] 1电池单体，2隔膜，3负极集流体，4负极电极，5正极集流体，6正极电极，7 外壳，8负极储罐，9负极电解液，10正极储罐，11正极电解液，12泵，13管路。
【具体实施方式】
[0019] 实例 1
[0020] 采用石墨毡作为正极电极、不透性石墨板作为正极集流体，石墨毡作为负极电极、 不透性石墨板作为负极集流体，采用1.0MTi0S04+3MH2SOJt为负极电解液，以Nafionll7 阳离子交换膜作为隔膜，采用I.OMC〇S04+3MH2SOJt为正极电解液，正负电极及隔膜封装 在有机玻璃构成的外壳中，组成钛钴液流电池单体；负极电解液与磁力泵、负极储罐连接成 电解液回路，正极电解液也同样与磁力泵、正极储罐连接成电解液回路。当正负电极表面 的溶液流速约l〇cm/S时，以5mA/cm2的电流密度充放电，该钛钴