专利名称：一种锌钒液流储能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型液流储能电池，特别涉及到一种锌钒液流储能电池。
背景技术：
液流储能电池概念，最早是1974 年 Thaller,L. H. (NASA LewisResearch Center,Cleveland, US)提出的一种电化学储能概念。液流电池的核心是进行氧化还原反应、实现充、放电过程的活性物质存在于电解液中，单电池或半电池电极只是作为发生反应的场所，而不是活性物质储存的地点。由于活性物质储存在电解液中，液流电池具有功率与容量分离、寿命长等优点。液流电池发展至今己有30多年历史，各国研究者通过变换两个氧化/还原电对，获得了多种可用的液流电池体系，液相储能化学体系有早期的CrlFe和TilFe体系，而近些年全钒、锌溴液流电池体系发展较好。 全钒液流储能电池是20世纪80年代末期，由澳大利亚的新南威而士大学开发。全钒液流储能电池的正/负极电解液为不同价态的硫酸钒，支持电解质为h2so4。电池反应为负极反应为V2+— V3++e正极反应为V5++e— V4+两个反应在碳毡上为可逆的，无需担载催化剂，H+的迁移以维持两边的电中性。该体系由于活性物质为变价同元素，两极反应物的交叉污染问题得到一定程度的缓解，且便于正负极互混溶液的再生。但是全钒液流储能电池由于钒的价格较贵，导致了电池的成本过高，而且全钒液流电池的负极V2+、V3+，在温度较高的情况下溶解度降低极易沉淀，而电池在运行过程中不可避免的会使系统温度升高，导致了电池的稳定运行性能受到了影响。另外由于钒的溶解度较低，导致了全钒液流电池的实际能量密度只有15Wh/kg左右。锌溴液流电池锌溴液流电池是一种将能量储存在溶液中的电化学系统。正负半电池由隔膜分开，两侧电解液为ZnBr2溶液。在动力泵的作用下，电解液在储液罐和电池构成的闭合回路中进行循环流动。氧化还原反应电极对间的电势差是发生反应的动力。锌溴液流电池的电极反应为负极反应为Zn2++2e— Zn正极反应为3Br-— Brf+2e锌溴液流电池由于负极锌是在水溶液可以稳定存在的金属单质中比能量密度最高的金属，所以该电池具有较高的实际能量密度65Wh/kg。但是由于该电池正极溴的毒性较大，制约了其进一步的发展。
发明内容
本发明目的是为了解决了全钒液流储能电池的高成本、低能量密度、高温负极电解液易结晶导致的负极高温运行性能较差以及锌溴液流电池溴的毒性问题，同时结合两种电池的优点，提出一种锌钒液流储能电池。为实现上述目的，本发明的技术方案如下一种锌钒液流储能电池，其由电池模块，以及装有正、负电解液的电解液储罐、液泵和管路组成，其中电池模块由正极、负极、电池隔膜构成，正、负电解液的电解液储罐分别通过液泵经管路与电池模块的正负极原料进出口相连；正极电解液为四价钒的酸溶液，负极电解液为含有Zn2+的酸性溶液；锌钒液流电池的实际能量密度为35wh/kg。电极反应如下负极反应为Zn2++2e— Zn
正极反应为V5++e— V4+正极电解液V4+浓度为O. 5-2. OmoI/L ;负极电解液Zn2+浓度为I. 0-5. OmoI/L0电池的正极由正极集流体及碳毡组成；负极为碳材料、金属箔、金属板或泡沫金属的沉积型电极。电池隔膜采用阴离子交换膜。在充放电过程中，电解液在液泵推动下通过管道在电解液储罐和电堆之间不断流动。充电时锌从电解液中沉积到负极集流体上成为负极活性物质，V4+氧化为V5+为正极活性物质，放电时锌从负极集流体上溶解到电解液中。V5+还原为V4+。由于电池的活性物质均为阳离子，而阴离子膜具有阳离子通过率较小的特点，所以解决了正负极活性物质互混的问题。本发明有益效果I.锌钒液流储能电池的实际能量密度为35wh/kg，远高于全钒液流储能电池15wh/kg的实际能量密度；2.锌钒液流储能电池的温度适应性强，在-10°C至50°C均能正常工作；3.由于电池的活性物质均为阳离子，而阴离子膜具有阳离子通过率较小的特点，所以解决了正负极活性物质互混的问题；4.锌钒液流储能电池对环境污染较小，无挥发性物质溢出问题；5.电池具有成本低、循环寿命较高的优点。
图I为本发明的锌钒液流储能电池结构示意图；I-电池模块；2_负极端板；3_正极端板；4_负极；5_正极；6_电池隔膜；7_负极储罐；8-正极储罐；9_泵；图2为实施例I组装电池的充放电曲线图；图3为实施例2组装电池的充放电曲线图。
具体实施例方式一种锌钒液流储能电池，其由电池模块，以及装有正、负电解液的电解液储罐、液泵和管路组成，其中电池模块由正极、负极、电池隔膜构成，正、负电解液的电解液储罐分别通过液泵经管路与电池模块的正负极原料进出口相连；在充放电过程中，电解液在液泵推动下通过管道在电解液储罐和电堆之间不断流动。实施例I
向电池正极电解液储罐中加入40ml，I. 5mol/L的硫酸氧钒溶解在3mol/L的硫酸溶液作为正极电解液，向负极电解质储罐中加入40ml，2. Omol/L硫酸锌溶液作为负极电解液。正极由集流体石墨板及9cm2的碳毡组成，负极集流板为9cm2的石墨板，电池隔膜为咪唑型阴离子交换膜，在50°C对电池进行20mA/cm2充放电测试。从图2可看出，得到的电池库仑效率97 %，能量效率69 %。实施例2向电池正极电解液储罐中加入40ml, I. Omol/L的硫酸氧钥;溶液和3mol/L的硫酸 溶液作为正极电解液，向负极电解质储罐中加入40ml，3. Omol/L硫酸锌溶液作为负极电解液。正极由集流体石墨板及9cm2的碳毡组成，负极集流板为9cm2的泡沫锌，电池隔膜为咪唑型阴离子交换膜，在-10°C对电池进行20mA/cm2充放电测试。从图3可看出，得到的电池库仑效率96 %，能量效率70 %。
权利要求
1.一种锌钥;液流储能电池,其特征在于 电池系统的负极电极反应为Zn2++2e — Zn ;正极电极反应为V5++e — V4+。
2.根据权利要求I所述的锌钒液流储能电池，其特征在于 所述电池系统由电池模块，以及装有正、负电解液的电解液储罐、液泵和管路组成，其中电池模块包括正极端板、负极端板、正极、负极、电池隔膜，正极电解液为四价钒的酸性溶液，负极电解液为锌离子的酸性溶液，正、负电解液的电解液储罐分别通过液泵经管路与电池模块的正负极原料进出口相连。
3.根据权利要求2所述的锌钒液流储能电池，其特征在于电池的正极由正极集流体及碳毡组成；负极为碳材料、金属箔、金属板或泡沫金属的沉积型电极。
4.根据权利要求2所述的锌钒液流储能电池，其特征在于正极电解液V4+浓度为.0.5-2.Omol/Lo
5.根据权利要求2所述的锌钒液流储能电池，其特征在于负极电解液Zn2+浓度为.1.0-5. Omol/Lo
6.根据权利要求2所述的锌钒液流储能电池，其特征在于电池隔膜为阴离子交换膜。
7.根据权利要求2所述的锌钒液流储能电池，其特征在于所述电池在充放电过程中，电解液在液泵推动下通过管道在电解液储罐和电池之间不断流动；充电时锌离子从电解液中沉积到负极上成为负极活性物质，V4+氧化为V5+为正极活性物质，放电时锌从负极上溶解至IJ电解液中，V5+还原为V4+。
全文摘要
一种锌钒液流储能电池，由电池模块、电解液储罐、液泵及管路组成，电池由正极、负极和正负极端板、电池隔膜组成，其中正极由正极集流体及碳毡组成，负极为沉积型电极，正极电解液为V4+的硫酸溶液，负极电解液为Zn2+的酸性溶液。该液流储能电池具有成本低、环境友好、能量密度高、温度适应性强、循环寿命较高的优点。
文档编号H01M8/18GK102856573SQ201110182350
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者张华民, 赖勤志, 张立群 申请人:中国科学院大连化学物理研究所