一种半固态可充电钠液流电池的制作方法
【专利摘要】一种半固态可充电钠液流电池，包括一个电池单体或多个电池单体并联而成的电池堆、正极储液罐、负极储液罐和流体输送系统装置，所述单体电池包括正极反应腔、负极反应腔、正极集流体、负极集流体和离子交换膜；所述正极储液罐中储存有正极浆料，通过流体输送系统装置与正极反应腔连接相通构成循环回路，所述负极储液罐中储存有负极浆料，通过流体输送系统装置与负极反应腔连接相通构成循环回路。本实用新型可以提高电池工作的电流密度，改善电池倍率特性，增加活性电极材料的利用率，大大降低电池制造成本。
【专利说明】—种半固态可充电钠液流电池
【技术领域】
[0001]本实用新型属于化学电源【技术领域】，尤其涉及一种半固态可充电钠液流电池。
【背景技术】
[0002]可再生能源如太阳能、风能等，能够为解决当今社会能源供给、保护环境问题提供有效途径，但是受到其波动性、间歇性和分散性特点的制约，影响了可再生能源技术的广泛应用。因此，电池技术的进步将是实现分布式储能的关键。虽然经过几十年的研究，高能量和高功率的电池技术已经得到了较大的发展，但现有的电池固有的缺陷就是活性材料利用率低的问题，即便是当能量密度最高的锂离子电池，如2.8-2.9 Ah 18650型电池拥有大于600 ffh/L的体积比能量，其活性物质的利用率也低于50%，能量无法得到充分利用，大大降低了电池的能量密度，同时也增加了电池的成本。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种半固态可充电钠液流电池，从而解决上述【背景技术】中的问题。
[0004]本实用新型内容是通过以下技术方案实现的:
[0005]一种半固态可充电钠液流电池，包括电池堆，正极储液罐，负极储液罐和流体输送系统装置，其特征是:所述电池堆由一个单体电池或几个单体电池并联构成，所述单体电池包括正极反应腔、负极反应腔、正极集流体、负极集流体和离子交换膜；所述正极反应腔通过流体输送系统装置与正极储液罐连接相通，所述负极反应腔通过流体输送系统装置与负极储液罐连接相通，所述离子交换膜设置在正极集流体和负极集流体中间。
[0006]所述正极储液罐中储存有正极浆料，所述正极浆料为有机钠离子电解液添加导电剂和纳米金属粒子经超声形成电极悬浮液后再添加富钠活性正极材料超声形成的悬浮浆料，正极浆料通过流体输送系统装置在正极储液罐和正极反应腔构成循环回路。
[0007]所述负极储液罐中储存有负极浆料，所述负极浆料为有机钠离子电解液添加导电剂和纳米金属粒子后经超声形成电极悬浮液后再添加硬碳负极材料超声形成的悬浮浆料，负极浆料通过流体输送系统装置在负极储液罐和负极反应腔构成循环回路。
[0008]所述正极集流体和负极集流体为金属镍丝网、铜丝网、钼丝网、钛丝网、金丝网和银丝网中的一种。
[0009]所述导电剂为乙炔黑、炭黑、Super P和石墨烯中的一种或几种。
[0010]所述富钠活性正极材料为Na3V2 (PO4) 3、Na3V2 (PO4) 2F3、NaFeF3' NaFePO4' Na2FePO4F'NaVPO4F,Na2FeSO4F,Na1.5V0P04F0.5,Na0.44Mn02,Na1+xV308 和 NaMO2 (Μ 为过渡金属)中的一种或几种。
[0011]所述纳米金属粒子为纳米级Pt、Rh、Ag、Pd、Ir、Au、Cu和Co中的一种或几种或其中几种的金属合金。
[0012]所述有机钠离子电解液为有机钠离子电解质在有机溶剂中，分布均匀后的溶液。
[0013]所述有机钠离子电解质为NaC104、NaBF4, NaPF6和NaFSI中的一种或几种。
[0014]所述有机溶剂为碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC )和碳酸甲乙酯(EMC )中的一种或几种。
[0015]导电剂和纳米金属粒子的加入，能够增强电极活性材料的催化活性和电子导电性，也能够增加电解液中活性物质的电化学反应面积，同时形成导电网络，提高工作电流密度，改善电池倍率特性，并能降低电池内阻。有机钠离子电解液能够更容易改善电极浆料的悬浊程度，提高活性材料与导电剂、纳米金属粒子的均匀分散程度，从而进一步提高活性电极材料的利用程度，并能改善电池工作的稳定性。
[0016]本实用新型所述的钠液流电池也称为氧化还原钠液流电池，是一种大规模高效电化学储能装置，通过反应活性物质的价态变化，实现电能与化学能相互转换与能量存储。钠液流电池可以消除能量存储部件对释放能量的影响，活性材料可以得到充分利用，因此是一种可以提高能量密度的储能系统。钠液流电池的活性物质在外部存储器中，通过泵循环输送至电池堆中，在离子交换膜两侧的电极上分别发生还原和氧化反应，实现充放电。钠液流电池输出功率和容量可以独立设计，输出功率取决于电池堆的大小和数量，而储能容量取决于有机钠离子电解液的容量和浓度，有机钠离子电解液通过储液罐存放于电池外部，使电池容量可以很大。
[0017]本实用新型具有如下有益效果:
[0018]本实用新型以固态混合物悬浮液作活性电极材料，可提高液流电池的储能密度，为现有液流电池的近十倍，而且主要的活性电极、电解液为富钠材料，与现有的液流电池相t匕，可以显著降低电池生产制造成本，其倍率性能和循环性能也得到了显著提升。电解液采用有机体系，能够更容易改善电极浆料的悬浊程度，提高活性材料与导电剂、纳米金属粒子的均匀分散程度，从而进一步提高活性电极材料的利用程度，并能改善电池工作的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的结构示意图。
[0020]图1中所示:1、电池堆；2、正极储液罐；3、负极储液罐；4、流体输送系统装置；5、正极反应腔；6、负极反应腔；7、正极集流体；8、负极集流体；9、离子交换膜。
【具体实施方式】
[0021]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0022]如图1所示，为本实用新型的结构示意图，一种半固态可充电钠液流电池，包括电池堆(1)，正极储液罐(2)，负极储液罐(3)和流体输送系统装置(4)，其特征是:所述电池堆(O由一个单体电池或几个单体电池并联构成，所述单体电池包括正极反应腔(5)、负极反应腔(6)、正极集流体(7)、负极集流体(8)和离子交换膜(9);所述正极反应腔(5)通过流体输送系统装置(4)与正极储液罐(2)连接相通，所述负极反应腔(6)通过流体输送系统装置
(4)与负极储液罐(I) 3连接相通，所述离子交换膜(9)设置在正极集流体(7)和负极集流体(8)中间。
[0023]所述正极储液罐(2)中储存有正极浆料，所述正极浆料为有机钠离子电解液添加导电剂和纳米金属粒子经超声形成电极悬浮液后再添加富钠活性正极材料超声形成的悬浮浆料，正极浆料通过流体输送系统装置(4)在正极储液罐(2)和正极反应腔(5)构成循环回路。
[0024]所述负极储液罐(3)中储存有负极浆料，所述负极浆料为有机钠离子电解液添加导电剂和纳米金属粒子后经超声形成电极悬浮液后再添加硬碳负极材料超声形成的悬浮浆料，负极浆料通过流体输送系统装置(4)在负极储液罐(2)和负极反应腔(6)构成循环回路。
[0025]所述正极集流体(7)和负极集流体(8)为金属镍丝网、铜丝网、钼丝网、钛丝网、金丝网和银丝网中的一种。
[0026]所述导电剂为乙炔黑、炭黑、Super P和石墨烯中的一种或几种。
[0027]所述富钠活性正极材料为Na3V2 (PO4) 3、Na3V2 (PO4) 2F3、NaFeF3' NaFePO4' Na2FePO4F'NaVPO4F,Na2FeSO4F,Na1.5V0P04F0.5,Na0.44Mn02,Na1+xV308 和 NaMO2 (Μ 为过渡金属)中的一种或几种。
[0028]所述纳米金属粒子为纳米级Pt、Rh、Ag、Pd、Ir、Au、Cu和Co中的一种或几种或其中几种的金属合金。
[0029]所述有机钠离子电解液为有机钠离子电解质在有机溶剂中，分布均匀后的溶液。
[0030]所述有机钠离子电解质为NaC104、NaBF4, NaPF6和NaFSI中的一种或几种。
[0031]所述有机溶剂为碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC )和碳酸甲乙酯(EMC )中的一种或几种。
[0032]导电剂和纳米金属粒子的加入，能够增强电极活性材料的催化活性和电子导电性，也能够增加电解液中活性物质的电化学反应面积，同时形成导电网络，提高工作电流密度，改善电池倍率特性，并能降低电池内阻。有机电解液能够更容易改善电极浆料的悬浊程度，提高活性材料与导电剂、纳米金属粒子的均匀分散程度，从而进一步提高活性电极材料的利用程度，并能改善电池工作的稳定性。
[0033]具体实施时，钠液流电池的活性物质在外部存储器中，通过泵循环输送至电池堆中，离子交换膜两侧通过发生活性电极材料的氧化还原反应，实现电池的充放电。正极材料发生氧化反应，钠离子从活性材料迁出并伴随电子的转移。负极材料则得到电子发生还原反应，电解液中的钠离子嵌入到硬碳负极活性材料中，完成电池的充电过程。放电过程则是嵌入硬碳的钠通过发生氧化反应迁出至电解液，正极则得到电子发生还原反应，钠离子重新嵌入正极活性物质的晶格中。流体输送系统装置可以使储存在电极储液罐中的活性物质得到充分利用，提高储能密度。储液罐电极浆料量的增加，也能够提高整个电池系统蓄电的总容量。
[0034]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种半固态可充电钠液流电池，包括电池堆，正极储液罐，负极储液罐和流体输送系统装置，其特征在于:所述电池堆由一个单体电池或几个单体电池并联构成，所述单体电池包括正极反应腔、负极反应腔、正极集流体、负极集流体和离子交换膜；所述正极反应腔通过流体输送系统装置与正极储液罐连接相通，所述负极反应腔通过流体输送系统装置与负极储液罐连接相通，所述离子交换膜设置在正极集流体和负极集流体中间。
2.根据权利要求1所述的一种半固态可充电钠液流电池，其特征在于:所述正极储液罐中储存有正极浆料，所述正极浆料为有机钠离子电解液添加导电剂和纳米金属粒子经超声形成电极悬浮液后再添加富钠活性正极材料超声形成的悬浮浆料，正极浆料通过流体输送系统装置在正极储液罐和正极反应腔构成循环回路。
3.根据权利要求1所述的一种半固态可充电钠液流电池，其特征在于:所述负极储液罐中储存有负极浆料，所述负极浆料为有机钠离子电解液添加导电剂和纳米金属粒子后经超声形成电极悬浮液后再添加硬碳负极材料超声形成的悬浮浆料，负极浆料通过流体输送系统装置在负极储液罐和负极反应腔构成循环回路。
4.根据权利要求1所述的一种半固态可充电钠液流电池，其特征在于:所述正极集流体和负极集流体为金属镍丝网、铜丝网、钼丝网、钛丝网、金丝网和银丝网中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种半固态可充电钠液流电池，其特征在于:所述富钠活性正极材料为 Na3V2 (PO4) 3> Na3V2 (PO4)2F3' NaFeF3' NaFePO4' Na2FePO4F、NaVPO4F' Na2FeSO4F、NaL5V0P04F0.5、NaQ.44Mn02、NawV3O8 和 NaMO2 (Μ 为过渡金属)中的一种或几种。
6.根据权利要求2或3所述的一种半固态可充电钠液流电池，其特征在于:所述导电剂为乙炔黑、炭黑、Super P和石墨烯中的一种或几种。
【文档编号】H01M4/90GK203839463SQ201420230158
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】宋维鑫, 纪效波, 陈珺, 何平鸽, 冉闯闯, 徐文婷 申请人:宋维鑫, 纪效波, 陈珺, 何平鸽, 冉闯闯, 徐文婷