液流电池系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电化学储能领域，具体的，涉及一种液流电池系统。
【背景技术】
[0002]人类对新能源的广泛运用，导致了二次电池市场的急速扩大。当前新能源体系中对二次电池的要求无处不在，无论是电动汽车，风能，太阳能并网还是电网调峰，都急需一种廉价，可靠，安全和寿命长的二次电池。如何设计出高储能、低成本、高安全性的电池从而保证可再生能源的可持续性发展成为电池领域重要研究课题之一。
[0003]作为目前大部分电池的原型，伏特电池对于电池活性材料的利用效率非常低，即使是目前可获得最高能量密度的锂离子二次电池，其利用效率也没有达到50 % (体积比)。同时该类型的电池由于使用了一些非活性材料(如集流板、隔膜、电极粘结剂、电解液等)使得其能量密度显著降低，并且该电池从单电池到集成系统的过程中能量密度会再次降低一半。
[0004]为了更有效地提升集成系统的能量密度，科研人员设计出了能量存储单元和充放电单元可分离的液流电池。不同于普通的蓄电池，液流电池的活性材料以液态形式存在，这些存储能量的活性材料可置于外部存储器中，并且可以在反应的时候被泵入发电装置。液流电池设计的优势在于其容易形成不同规模的系统电池，并且当系统容量增大时，其能量密度逼近活性溶液的能量密度。
[0005]作为典型的液流电池，水相化学液流电池具有稳定、可扩展以及性价比高的特点。然而由于水相液流电池使用了低能量密度的活性材料(40Wh/L)并且需要消耗大量的机械能用于泵入存于外部存储器中的低浓度活性材料，导致液流电池的设计优势也被这些不足所抵消。
[0006]因此，现有技术实有必要进一步发展。
【发明内容】
[0007]本发明旨在提供一种能量密度高、循环寿命长且易集成化的液流电池系统。
[0008]本发明提供了一种液流电池系统,包括:若干反应单元,所述反应单元包括正极集流体，负极集流体以及设置在所述正极集流体和负极集流体之间的隔膜；所述隔膜将所述反应单元划分为靠近所述正极集流体的正极反应区和靠近所述负极集流体的负极反应区；存储单元，所述存储单元包括正极存储单元和负极存储单元，所述正极存储单元储存有正极电解液，所述负极存储单元储存有负极电解液；输送管道，所述存储单元藉由所述输送管道与所述若干反应单元连接；动力泵，所述正极电解液在所述动力泵推动下经由所述输送管道在所述正极存储单元和所述正极反应区之间循环流动；所述负极电解液在所述动力泵推动下经由所述输送管道在所述负极存储单元和所述负极反应区之间循环流动；所述正极电解液中包括正极活性物质，所述正极活性物质以颗粒态悬浮于所述正极电解液中，包括能够可逆脱出-嵌入离子的材料；所述负极电解液中包括至少一种能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质能够电离出至少一种充放电过程中在所述负极反应区发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子。
[0009]优选的，所述正极活性物质为微米级、亚微米级或纳米级的颗粒。
[0010]优选的，所述正极电解液中还包括选自碳基材料的添加剂，所述碳基材料包括选自科琴碳黑、乙炔黑、活性碳、碳纤维、石墨或碳纳米管中的至少一种。
[0011]优选的,所述活性离子包括金属离子,所述金属选自Zn、Fe、Cr、Cu、Mn、Ni中的至少一种。
[0012]优选的，所述金属离子以盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、甲酸盐、磷酸盐中的至少一种形式存在于所述负极电解液中。
[0013]优选的，所述活性离子的浓度范围为0.5-15mol/L0
[0014]优选的，所述负极集流体不参与电化学反应。
[0015]优选的，所述负极集流体的材料选自金属N1、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al或经过钝化处理的上述金属中的一种。
[0016]优选的，所述负极集流体的材料选自碳基材料、不锈钢或者具有镀/涂层的金属，所述锻/涂层含有C、Sn、In、Ag、Pb、Co、Zn的单质、合金、或者氧化物中至少一种。
[0017]优选的，所述镀/涂层的厚度范围为1-1OOOnm之间。
[0018]优选的，所述负极集流体表面形成有多孔层，所述多孔层具有微米级或亚微米级或纳米级的孔隙。
[0019]优选的，所述负极集流体表面形成石墨烯层。
[0020]优选的，所述反应单元还包括负极活性物质，所述负极活性物质形成于所述负极集流体上，所述负极活性物质在所述液流电池系统放电时能够氧化-溶解为所述活性离子。
[0021]优选的，所述负极活性物质表面形成有多孔层，所述多孔层具有微米级或亚微米级或纳米级的孔隙。
[0022]优选的，所述负极活性物质表面形成有石墨烯层。
[0023]优选的，所述多孔层的厚度范围为0.05-1_。
[0024]优选的，所述多孔层包括碳基材料。
[0025]优选的，所述碳基材料选自科琴碳黑、乙炔黑、活性碳、碳纳米管、碳纤维、石墨中的至少一种。
[0026]优选的，所述多孔层包括活性碳粉末与粘结剂的混合物，所述活性碳粉末占所述多孔层的重量百分比范围为20-99%。
[0027]优选的，所述活性碳为活性碳毡或活性碳纤维布。
[0028]优选的，所述正极活性物质包括可逆脱出-嵌入锂离子、钠离子或者镁离子的材料中的至少一种。
[0029]优选的，所述正极活性物质是符合通式LiuxMnyMzOk的能够可逆脱出-嵌入锂离子的尖晶石结构的材料，其中，-l〈x彡0.5，I彡y彡2.5，0彡z彡0.5，3彡k彡6，M选自Na、L1、Co、Mg、T1、Cr、V、Zn、Zr、Si 或 Al 中的至少一种。
[0030]优选的，所述正极活性物质是符合通式LiuxMyM ' β "。02+?的能够可逆脱出-嵌入锂离子的层状结构的材料，其中，-Kx彡0.5，0彡y彡1，0彡ζ彡1，O 彡 C 彡 1，-0.2 彡 η 彡 0.2，M，M'，M"分别选自 N1、Mn、Co、Mg、T1、Cr、V、Zn、Zr、Si 或 Al的中至少一种。
[0031]优选的，所述正极活性物质是符合通式LixM1 YW y (XO4)n的能够可逆脱出-嵌入锂离子的橄榄石结构的材料，其中，0〈x彡2，0彡y彡0.6，1彡η彡1.5，Μ选自Fe、Mn、V或Co，M'选自Mg、T1、Cr、V或Al中的至少一种，X选自S、P或Si中的至少一种。
[0032]优选的，所述正极活性物质包括NaVPO4F。
[0033]优选的,所述正极集流体的基体材料选自碳基材料，金属或合金中的一种。
[0034]优选的，所述碳基材料包括玻璃碳、石墨、碳布、泡沫碳、碳毡或具有3D双连续结构的导电材料。
[0035]优选的,所述金属包括经过钝化的Al、N1、Fe、Cu、Pt、Pd、Pb、T1、Ta、Nb、Zr、Cr、Mo、Zn、V、W、Be。
[0036]优选的，所述合金包括经过钝化的不锈钢、Ni合金、Ti合金、Cu合金、Co合金、T1-Pt合金或Pt-Rh合金。
[0037]优选的，所述不锈钢包括不锈钢304或不锈钢316或不锈钢316L。
[0038]优选的，所述正极电解液还包括能够可逆脱出-嵌入的离子，所述可逆脱出-嵌入的离子能够可逆嵌入-脱出所述正极活性物质。
[0039]优选的，所述可逆脱出-嵌入的离子的浓度范围为0.l-30mol/Lo
[0040]优选的，所述反应单元以并联或串联方式连接。
[0041 ] 优选的，所述正极电解液和所述溶剂包含水溶液或醇溶液中的至少一种。
[0042]优选的，所述正极电解液和所述负极电解液的pH值范围为4-7。
[0043]本发明提供的液流电池系统，充放电单元(反应单元)与能量存储单元(存储单元)分开设置，使得电池的功率和容量是独立的，功率大小取决于反应单元的数量，容量的大小取决于电解液中电极活性材料的含量，可以通过增加电解液中电极活性材料的量来增加电池容量，从而构造出能量密度高、循环寿命长且易集成化的液流电池系统。液流电池系统在电动汽车，大型储能装置如风能、太阳能以及电网的调峰装置上的应用具有十分可观的前景。
【附图说明】
[0044]下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
[0045]图1是本发明中液流电池系统的结构示意图；
[0046]图2是本发明中反应单元的结构示意图；
[0047]图3是本发明中反应单元的结构示意图，其中负极集流体表面形成负极
[0048]活性物质。
[0049]其中:
[0050]1.液流电池系统14.正极集流体24.正极存储单元
[0051]6.输送管道16.负极集流体26.负极存储单元
[0052]8.动力泵18.隔膜28.负极活性物质
[0053]10.反应单元20.正极反应区
[0054]12.封装外壳22.负极反应区
【具体实施方式】
[0055]请参阅图1所示,液流电池系统I,包括若干反应单元10,存储单元,输送管道6以及动力泵8。
[0056]请一并参阅图1和图2所示,反应单元10包括正极集流体1