氧化还原液流电池的制作方法_2

文档序号:9291886阅读:来源:国知局
Sb离子中的至少一种。
[0043] (6)Ir离子为一价Ir离子、二价Ir离子、三价Ir离子、四价Ir离子、五价Ir离子 和六价Ir离子中的至少一种。
[0044] (7)Au离子为一价Au离子、二价Au离子、三价Au离子、四价Au离子和五价Au离 子中的至少一种。
[0045] (8)Pb离子为二价Pb离子和四价Pb离子中的至少一种。
[0046] (9)Bi离子为三价Bi离子和五价Bi离子中的至少一种。
[0047] (10)Mg离子为一价Mg离子和二价Mg离子中的至少一种。
[0048] 由于附加金属离子各自的电荷采用以上化合价,所以预期可以更有效地抑制正极 上的析出物产生且在负极上更容易显示提高电池反应性等效果。
[0049] (K)在一个实施方式的RF电池中,Mn离子为二价Mn离子和三价Mn离子中的至少 一种,正极电解液和负极电解液中的至少一者含有Ti离子,且所述Ti离子为三价Ti离子 和四价Ti离子中的至少一种。
[0050] 由于正极电解液中的Mn离子采用以上化合价,所以可以增加标准氧化还原电位, 且可以获得具有高电动势的RF电池。由于正极电解液含有具有以上化合价中任一种的Ti 离子,所以可以抑制析出物的产生,此外,两极的电解液的组成可以为相同组成,且因此电 解液在生产性方面是良好的。
[0051] 负极电解液可以含有Ti离子作为活性材料。在这种情况下,由于Ti离子采用以 上化合价,所以可以在电池反应中有效地使用所含的Ti离子,且可以获得具有高能量密度 的RF电池。由于负极电解液含有具有以上化合价中任一种的Mn离子,所以两极的电解液 的组成可以为相同组成,且因此电解液在生产性方面是良好的。
[0052] [本发明实施方式的详细说明]
[0053] 下面将参考附图对根据本发明的实施方式的RF电解液进行详细说明。本发明不 限于这些实施方式,且由上面的权利要求书限定本发明的范围。本发明的范围意在包含权 利要求书的等价物和在权利要求书范围内的所有的修改。
[0054] 将参照图1对根据一个实施方式的RF电池进行说明。本实施方式的RF电池1为 一液系的Ti/Mn类RF电池,其使用Mn离子作为正极活性材料,使用Ti离子作为负极活性 材料且使用相同的电解液作为正极电解液和负极电解液。在图1中,实线箭头显示充电且 虚线箭头显示放电。对于在储罐106和107中示出的两种电解液的金属离子,仅在图中示 出充当正极活性材料的Mn离子和充当负极活性材料的Ti离子。应注意,仅示出Mn离子和 Ti离子的代表性形式的化合价,且金属离子可以采用除图中示出的化合价以外的化合价。 可以含有除以上两种元素的离子以外的活性材料。
[0055] 〈RF电池的整体结构〉
[0056] 根据本实施方式的RF电池1代表性地通过直流/交流变换器200和变电设备210 连接在发电单元300 (例如太阳能发电站、风力发电站或另外的代表性电站)与负荷(在本 实施方式中,电力系统/用户400)之间。RF电池1将在发电单元300中生成的电力充电并 储蓄,或者将储蓄的电力放电并供应至电力系统/用户400。与现有RF电池类似,RF电池 1包含电池单元100和向电池单元100供应电解液的循环机构(包含储罐、导管和栗)。
[0057] (电池单元和循环机构)
[0058] RF电池1中的电池单元100包含在其中包含正极104的正极单元102、在其中包含 负极105的负极单元103和将所述两个单元102和103隔开并透过离子的隔膜101。通过 导管108和110将存储正极电解液的正极电解液储罐106连接至正极单元102。通过导管 109和111将存储负极电解液的负极电解液储罐107连接至负极单元103。将对两极的电 解液进行循环的栗112和113分别连接至导管108和109。电池单元100利用导管108~ 111以及栗112和113分别将正极电解液储罐106中的正极电解液和负极电解液储罐107 中的负极电解液供应并循环至正极单元102 (正极104)和负极单元103 (负极105),且随着 在两极中的电解液中充当活性材料的金属离子(在本实施方式中,正极上的Mn离子和负极 上的Ti离子)的化合价的变化而进行充放电。
[0059] 通常以电池组的形式使用电池单元100,在所述电池组中对多个单元电池进行堆 叠,各个单元电池包含正极104 (正极单元102)、负极105 (负极单元103)和隔膜101作为 部件。对于所述电池组,使用包含双极板(未示出)和在双极板的外周上形成的框架(未 不出)的电池框架。将正极104设置在双极板的一个表面上,且将负极105设置在双极板 的另一个表面上。所述框架具有用于供应电解液的给液孔和用于排放电解液的排液孔。通 过堆叠多个电池框架,给液孔和排液孔形成了电解液的流路(flowpath)。将这一流路连接 至导管108~111。通过对电池框架、正极104、隔膜101、负极105、电池框架? ??以此顺 序进行堆叠形成电池组。应注意,根据需要,可以使用已知结构作为RF电池1的基本结构。
[0060] (电解液)
[0061] 可以将具有不同组成的电解液用作正极电解液和负极电解液。然而,在本实施方 式的RF电池1中使用的充当正极电解液和负极电解液的两种电解液具有相同的组成。这 种电解液含有多种金属离子。更具体地,所述电解液为硫酸水溶液,其含有在正极上充当活 性材料离子的Mn离子、在负极上充当活性材料离子的Ti离子和附加金属离子。下面将对 这种电解液进行详细说明。
[0062] [活性材料离子]
[0063] 活性材料离子为在电解液中含有的金属离子,且由于电子转移导致的其化合价的 变化而参与电池反应。下面将对两极中的活性材料离子进行说明。此外,将对正极电解液 中的Ti离子和负极电解液中的Mn离子进行说明。
[0064] (正极)
[0065] 在正极侧,在正极电解液中含有的Mn离子充当活性材料离子,且Ti离子并未积极 地充当活性材料。在电解液中,Mn离子可以取二价、三价和四价中的至少一种化合价。具 体地,在放电期间存在二价Mn离子(Mn2+),且在充电期间存在三价Mn离子(Mn3+)。通过重 复进行充放电,形成了两种类型的Mn离子均存在的状态。因此,当正极电解液含有所述两 种类型的Mn离子时,可以使标准氧化还原电位增加且可以获得具有高电动势的RF电池。 据认为,四价Mn为析出物(Mn02),然而,这种此02不是固体析出物,而是以其中析出物以溶 解在电解液中的形式呈现的稳定状态存在。在放电期间,这种此0 2在二电子反应中被还原 (放电)为Mn2+,具体地,Mn02充当活性材料且可以被重复使用,因此此02可以有助于增加 电池容量。因此,在各个实施方式中,微量四价Mn(相对于Mn离子的总量(mol),约为10% 以下)的存在是允许的。
[0066] 如在本实施方式中,正极电解液可以含有Ti离子。这是因为可以进一步抑制析出 物的产生。在这种情况下,Ti离子的浓度优选为5M以下。正极电解液中Ti离子的浓度可 以为0. 3M以上、0. 5M以上,此外可以为1M以上。然而,考虑到在溶剂中的溶解度,在正极电 解液中5M以下、此外2M以下的Ti离子浓度是容易使用的。这是因为,虽然容易地显示了 抑制析出物的效果,但在正极电解液中含有的Mn离子的相对浓度不过度地降低且可以获 得具有高能量密度的RF电池。如下所述,在负极电解液含有Ti离子作为活性材料离子的 情况下,在正极电解液中含有的Ti离子的浓度可以与在负极电解液中含有的Ti离子的浓 度相同。在这种情况下,两极的电解液的组成可以为相同组成,且因此所述电解液在生产性 方面是良好的。
[0067] (负极)
[0068] 在本实施方式中,在负极中,在负极电解液中含有的Ti离子充当活性材料离子, 且Mn离子并未积极地充当活性材料。在负极电解液中,在放电期间存在四价Ti离子(如 Ti4+和Ti02+),且在充电期间存在三价Ti离子(Ti3+)。通过重复进行充放电,形成了两种类 型的Ti离子均存在的状态。
[0069] 作为负极的活性材料离子,不仅可以使用Ti离子,还可以使用V离子、Cr离子和 Zn离子中的至少一种。在使用V离子的情况下,含有选自二价V离子和三价V离子中的至 少一种V离子。在使用Cr离子的情况下,含有选自二价Cr离子和三价Cr离子中的至少一 种Cr离子。在使用Zn离子的情况下,含有二价Zn离子。
[0070] 当含有任意类型的V离子时,在放电期间,存在三价V离子(V3+),且在充电期间, 存在二价V离子(V2+)。通过重复进行充放电,形成了两种类型的V离子均存在的状态。当 含有任意类型的Cr离子时,在放电期间,存在三价Cr离子(Cr3+),且在充电期间,存在二价 Cr离子(Cr2+)。通过重复进行充放电,形成了两种类型的Cr离子均存在的状态。当含有二 价Zn离子时,在放电期间,存在二价Zn离子(Zn2+),且在充电期间,存在金属锌(Zn)。通过 重复进行充放电,形成了存在二价Zn离子的状态。
[0071] 作为负极的活性材料离子,充当负极的活性材料离子的以上金属离子可以单独使 用或以两种以上类型的金属离子的组合
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