一种碱性锌铁液流电池

本发明属于液流电池，具体涉及一种碱性锌铁液流电池。

背景技术：

1、随着化石能源的日益枯竭，风能、太阳能等可再生能源的开发利用成为各国关注的焦点。由于风能、太阳能受天气等因素影响具有不连续、不稳定性，这会在可再生能源发电并网过程中对电网造成冲击，影响供电质量及电网稳定。储能技术则可解决这一问题，保证可再生能源发电并网的高效稳定运行。储能技术主要分为物理储能和化学储能两大类。其中以液流电池为代表的化学储能由于具有功率和容量相互独立、响应迅速、结构简单、易于设计、循环寿命长、环境友好等诸多优点在规模化储能上最具优势。碱性锌铁液流电池采用资源丰富的锌和铁作为活性物质，具有成本低(～$100/kwh)、开路电压高(1.74v)的特点，在储能领域特别是分布式储能领域具有很好的应用前景。但是碱性锌铁液流电池电解液正极活性物质浓度偏低，导致电池能量密度偏低，电池系统体积偏大；同时由于正极活性物质溶解度受温度影响较大，电池低温运行正极活性物质容易析出，导致电池失效。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的是提供一种碱性锌铁液流电池正极电解液及其组装获得的碱性锌铁液流电池。

2、本发明目的是通过以下方式实现：

3、本发明提供一种液流电池的正极电解液，包括fe(cn)64-或/和fe(cn)63-、碱和调节剂，所述调节剂为mno4-和mno42-中的一种或两种。

4、进一步地，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种。

5、进一步地，所述的正极电解液为水系电解液。

6、进一步地，所述的正极电解液中fe(cn)64-或/和fe(cn)63-的总浓度为0.2-0.8m，oh-浓度为0.6-4m，mno4-或/和mno42-的总浓度为0.2-1m，fe(cn)64-或/和fe(cn)63-的总浓度与mno4-或/和mno42-的总浓度的比值为(4：1)-(1：1)。

7、进一步地，所述的正极电解液中fe(cn)64-或/和fe(cn)63-的总浓度为0.6-0.8m，oh-浓度为0.6-2m，mno4-或/和mno42-的总浓度为0.4-1m。

8、本发明另一方面提供一种碱性锌铁液流电池，主要包括正极、正极电解液、隔膜、负极和负极电解液，正极电解液为上述正极电解液，通过在正极电解液中引入mno4-或/和mno42-，提高正极活性物质的浓度，从而提高电池能量密度，减小电池系统体积，同时碱性锌铁液流电池工作温度下限由室温降低到0℃以下，拓宽了碱性锌铁液流电池使用范围，并且能够抑制碱性锌铁液流电池中负极电解液中的水向正极迁移。

9、进一步地，所述的负极电解液包括zn(oh)42-和碱，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种。

10、进一步地，所述的负极电解液中zn(oh)42-的浓度为0.2-0.8m，oh-浓度为0.6-4m。

11、进一步地，所述的隔膜选自离子传导膜、nafion膜中的一种，优选磺化聚醚醚酮离子传导膜。

12、进一步地，所述正极和负极的电极材料选自石墨毡或碳毡，优选碳毡。

13、本发明相对于现有技术具有的有益效果如下：

14、1.现有碱性锌铁液流电池电解液正极活性物质浓度偏低(正极活性物质溶解度偏低，现有正极活性物质最高0.8m)，存在电池能量密度低、电池系统体积大的问题，本发明基于mno4-/mno42-电对在碱性条件下存在氧化还原活性，通过在正极电解液中引入mno4-/mno42-电对，提高正极活性物质浓度，从而提高电池能量密度，减小系统体积。

15、2.本发明通过调整fe(cn)64-的浓度和mno4-/mno42-的浓度比例，使二者比例在(4：1)-(1：1)之间，在保持总活性物质浓度不变的条件下，提升电池低温性能，拓宽碱性锌铁液流电池工作温度范围，提高系统稳低温稳定性，大大降低系统维护成本。

16、3.通过在正极电解液中引入mno4-/mno42-，降低正极电解液中总离子浓度，进而抑制碱性锌铁液流电池中负极电解液中水向正极迁移，提高电池循环稳定性。

17、4.通过调控碱浓度，有效抑质碱溶液中锰歧化反应的发生。

技术特征：

1.一种液流电池的正极电解液，其特征在于，包括fe(cn)64-或/和fe(cn)63-、碱和调节剂，所述调节剂为mno4-和mno42-中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的正极电解液，其特征在于，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的正极电解液，其特征在于，所述的正极电解液为水系电解液。

4.根据权利要求1所述的正极电解液，其特征在于，所述的正极电解液中fe(cn)64-或/和fe(cn)63-的总浓度为0.2-0.8m，oh-浓度为0.6-4m，mno4-或/和mno42-的总浓度为0.2-1m。

5.一种碱性锌铁液流电池，其特征在于，主要包括正极、正极电解液、隔膜、负极和负极电解液，正极电解液为权利要求1-4任一项所述的正极电解液。

6.根据权利要求5所述的碱性锌铁液流电池，其特征在于，所述的负极电解液包括zn(oh)42-和碱，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种。

7.根据权利要求6所述的碱性锌铁液流电池，其特征在于，所述的负极电解液中zn(oh)42-的浓度为0.2-0.8m，oh-浓度为0.6-4m。

8.根据权利要求5所述的碱性锌铁液流电池，其特征在于，所述的隔膜选自离子传导膜、nafion膜中的一种，优选磺化聚醚醚酮离子传导膜。

9.根据权利要求5所述的碱性锌铁液流电池，其特征在于，所述正极和负极的电极材料选自石墨毡或碳毡。

10.根据权利要求9所述的碱性锌铁液流电池，其特征在于，所述正极和负极的电极材料为碳毡。

技术总结
本发明公开了一种碱性锌铁液流电池，属于液流电池技术领域。本发明的碱性锌铁液流电池主要包括正极、正极电解液、隔膜、负极和负极电解液，正极电解液包括Fe(CN)<subgt;6</subgt;<supgt;4‑</supgt;或/和Fe(CN)<subgt;6</subgt;<supgt;3‑</supgt;、碱和调节剂，所述调节剂为MnO<subgt;4</subgt;<supgt;‑</supgt;和MnO<subgt;4</subgt;<supgt;2‑</supgt;中的一种或两种，通过在正极电解液中引入MnO<subgt;4</subgt;<supgt;‑</supgt;或/和MnO<subgt;4</subgt;<supgt;2‑</supgt;，提高正极活性物质的浓度，从而提高电池能量密度，减小电池系统体积，同时碱性锌铁液流电池工作温度下限由室温降低到0℃以下，拓宽了碱性锌铁液流电池使用范围，大大降低系统维护成本。

技术研发人员：许鹏程,李先锋,袁治章
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13