一种全锰液流电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种全锰液流电池，可广泛应用于电子工业，交通运输和矿冶等领域。
【背景技术】
[0002]自工业革命以来，随着全球人口的不断增长，以及生活水平的不断提高，能源需求也随着水涨船高。然而，目前以化石能源为主的能源结构显然无法支撑社会发展，因此开发绿色高效的可再生能源，提高其在能源供应结构中的比重是实现人类可持续发展的必然选择。作为可再生能源的主体:风能、太阳能受到昼夜更替、季节更迭等自然环境和地理条件的影响，电能输出具有波动、不连续的特点，给电网的安全稳定运行带来冲击。电网对可再生能源发电的消纳能力成为决定其经济效益和发展前景的关键因素。为此，研究人员提出了储能系统配套可再生能源发电的解决方案。
[0003]根据储存电能的原理和形式，目前提出的储能技术主要可以分为物理储能和化学储能两大类。各类储能技术均具有自身独特的优势与劣势。液流储能电池作为新型电化学储能技术具有安全可靠、充放电效率高、循环寿命长等优点。
[0004]根据正负极氧化还原电对，目前提出的液流电池技术主要包括:铁/铬液流电池、全钒液流电池、多硫化钠/溴液流电池、锌/铈液流电池、锌/溴液流电池等。但由于这些体系的活性物质都分别处在正、负极电解液中，并以离子交换膜隔开，以致电池生产制作成本高、正负极电解液交叉污染等问题。2004年英国Pletcher教授首次提出单液流铅酸电池的概念，该电池的电解液为甲基磺酸铅，充电时，二价铅离子在正极氧化为二氧化铅固体，在负极还原为单质铅，放电时发生可逆的反应。无需隔膜，解决了传统液流电池成本高，电解液交叉污染的难题。然而铅有毒，且会污染环境，因此该电池没有大规模的发展，但为研究者解决传统液流电池成本高，电解液交叉污染的难题提供了一条有效的途径。
【发明内容】
[0005]本发明通过对正负极反应的氧化还原电对优选，提出了全锰单液流电池的概念，正负极均为沉积型电极，且将正负极的活性物质均以离子的状态储存在电解液中，无需隔膜，改善了传统液流电池交叉污染和成本高的问题。为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下:
[0006]一种全锰液流电池，由一节单电池或二节以上单电池串联而成的电池模块、电解液储液罐、循环泵、循环管路组成；单电池包括正极、负极，正极和负极相对设置，正极和负极间留有空隙；
[0007]电解液储液罐内装填有电解液，电解液储液罐与正极和负极间的空隙通过循环管路连接，于循环管路上设有循环泵，电解液从电解液储液罐流出经正极和负极间的空隙后再返回电解液储液罐；电解液为含有二价锰离子的水溶液，正极和负极共用同种电解液，并通过循环泵，使电解液循环流动供给。
[0008]正极反应为二价锰离子与二氧化锰的液-固相转化；负极反应为二价锰离子与单质锰的液-固相转化。
[0009]电解液中的含锰离子活性物质为MnSO4或Mn (NO3) 2中的一种或二种，锰离子活性物质浓度范围0.1mol dm 3?3mol dm 3 ；
[0010]电解液中还添加有支持电解质，支持电解质SH2SO4或HNO3中的一种或二种，支持电解质的浓度范围0.05mol dm 3?3mol dm 3 ；
[0011]电解液中还添加或不添加有提高电解液导电性的添加剂，添加剂为K2S04、KNO3,Na2SO4^P NaNO3中的一种或二种以上；添加添加剂时，电解液中添加剂的浓度范围0.1moldm 3 ?3mol dm3。
[0012]正极和负极的材料为导电金属或导电碳材料。
[0013]正极和负极为板状电极或多孔电极。
[0014]本发明的有益效果:
[0015]本专利通过对正负极电堆的优选，提出了全锰单液流电池的概念，正负极均为沉积型电极(正负极反应采用沉积-溶解反应)，且将正负极的活性物质均以离子的状态储存在电解液中，无需隔膜，只需要一个电解液回路，解决了传统液流电池交叉污染的问题。具有循环寿命长、成本低、结构及制造工艺简单的特点。
【附图说明】
[0016]图1为全锰液流电池单电池示意图；
[0017]其中1、正极端板；2、负极端板；3、正极；4、负极；5、泵；6、电解液储罐；
[0018]图2为实施例全锰液流电池的电池性能图。
【具体实施方式】
[0019]实施例
[0020]电解液配置:
[0021]电解液:电解液40ml，其中含有 1.0mol dm 3MnSO4, Imol dm 3K2SO4,0.1moldm 3H2SO40
[0022]电池组装:
[0023]单电池依次正极端板、正极3x3cm2镍板、负极3x3cm2镍板、负极端板。单电池结构及系统见图1。
[0024]电池测试:
[0025]电解液流速:5ml/min ;充放电电流密度15mA/cm2 ;充电lh，放电截止电压为0V。电池性能见图2，由充放电电流密度图2可知在15mA/cm2 ;充电时间为lh，电池的平均能量效率达到了 75%左右。
【主权项】
1.一种全锰液流电池，其特征在于:电池由一节单电池或二节以上单电池串联而成的电池模块、电解液储液罐、循环泵、循环管路组成；单电池包括正极、负极，正极和负极相对设置，正极和负极间留有空隙； 电解液储液罐内装填有电解液，电解液储液罐与正极和负极间的空隙通过循环管路连接，于循环管路上设有循环泵，电解液从电解液储液罐流出经正极和负极间的空隙后再返回电解液储液罐；电解液为含有二价锰离子的水溶液，正极和负极共用同种电解液，并通过循环泵，使电解液循环流动供给。2.根据权利要求1所述的全锰液流电池，其特征在于: 正极反应为二价锰离子与二氧化锰的液-固相转化；负极反应为二价锰离子与单质锰的液-固相转化。3.根据权利要求1或2所述的全锰液流电池，其特征在于:电解液中的含锰离子活性物质为MnS04或Μη(Ν03)2中的一种或二种，锰离子活性物质浓度范围0.lmol dm 3?3moldm 3 ； 电解液中还添加有支持电解质，支持电解质为&504或!^03中的一种或二种，支持电解质的浓度范围0.05mol dm 3?3mol dm 3 ； 电解液中还添加或不添加有提高电解液导电性的添加剂，添加剂为K2S04、KN03、Na2S04、和NaN03中的一种或二种以上；添加添加剂时，电解液中添加剂的浓度范围0.lmol dm 3?3mol dm3。4.根据权利要求1所述的全锰液流电池，其特征在于:正极和负极的材料为导电金属或导电碳材料。5.根据权利要求4所述的全锰液流电池，其特征在于:正极和负极为板状电极或多孔电极。
【专利摘要】一种全锰液流电池，电池由一节单电池或二节以上单电池串联而成的电池模块、电解液储液罐、循环泵、循环管路组成；单电池包括正极、负极，正极和负极相对设置，正极和负极间留有空隙；电解液为含有二价锰离子的水溶液，正极和负极共用同种电解液，并通过循环泵，使电解液循环流动供给。该电池由于正负极反应采用沉积-溶解反应，无需隔膜，只需要一个电解液回路，克服了传液流电池的交叉污染问题，具有循环寿命长、成本低、结构及制造工艺简单的特点。
【IPC分类】H01M8/02, H01M8/18
【公开号】CN105280943
【申请号】CN201410357282
【发明人】张华民, 程元徽, 赖勤志
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年7月24日