專利名稱：一種鋅溴蓄電池用電極及其組裝的鋅溴蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋅溴蓄電池用電極及其組裝的鋅溴蓄電池。
背景技術(shù)：
鋅溴液流儲能電池(Zinc-bromine redox flow battery, ZBB)是一種低能耗、高效率、環(huán)境友好型的液流儲能電池，具有能量密度和電流效率高、裝置簡單易操縱、使用壽命長、成本低廉等優(yōu)點，主要應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰、風(fēng)能和太陽能等可再生能源發(fā)電、電動汽車等領(lǐng)域。
鋅溴液流電池在充放電工作時，用循環(huán)泵驅(qū)動電解液在電池內(nèi)循環(huán)流動。電池不工作時電解液從電池空腔中抽出，貯存于貯液槽內(nèi)，使電池內(nèi)部正負(fù)極之間實現(xiàn)電解液斷路，可以防止正極充電態(tài)溴擴散到負(fù)極直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起自放電。循環(huán)電解液同時還可以防止充電時鋅枝晶生長穿過隔膜使正負(fù)極短路。專利EPB10167517，CN1087209A等就是這類循環(huán)電解液鋅溴電池。
由于鋅溴液流電池需要循環(huán)泵、貯液槽等電解液循環(huán)系統(tǒng)所需的設(shè)備，導(dǎo)致了鋅溴液流電池的能量密度由于系統(tǒng)損耗的影響而降低，另一方面這些電池輔助設(shè)備使得鋅溴液流電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于小型化。
專利CN99245261.9介紹了一種鋅溴蓄電池，它取消了鋅溴液流電池的循環(huán)泵，貯液槽等電解液循環(huán)系統(tǒng)，使電池結(jié)構(gòu)簡單而緊湊，降低了系統(tǒng)能耗。但是，該系統(tǒng)未提出適合鋅溴蓄電池使用的電極而是直接采用鋅溴液流儲能電池使用的碳?xì)蛛姌O，導(dǎo)致了系統(tǒng)的能量效率較低，并且由于未考慮電池析氫的抑制問題，導(dǎo)致系統(tǒng)需要設(shè)置排氣孔，系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，不利于密封。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鋅溴蓄電池用電極及包含它的電池。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
一種鋅溴蓄電池用電極，包括正極或負(fù)極，所述電極由基體和極膏組成，其中正極電極極膏由溴化鋅、碳粉、絡(luò)合劑、粘接劑以及蒸餾水組成，負(fù)極電極極膏由溴化鋅、碳粉、析氫抑制劑、粘接劑以及蒸餾水組成。
正、負(fù)極極膏在基體上的載量在5_20mg/cm2之間。
正、負(fù)極極膏在基體內(nèi)部呈梯度分布。
正、負(fù)極基體為碳租、石墨租或泡沫金屬。
所述絡(luò)合劑為三甲基溴化銨，粘接劑為PTFE或PVDF，析氫抑制劑為高析氫過電位金屬如:鋅粉。
所述正極極膏成份按重量份數(shù)計，溴化鋅為10-100份、碳粉1-10份、三甲基溴化銨1-2份、PTFE I份、蒸餾水3-5份。負(fù)極極膏由溴化鋅10-100份、碳粉1_10份、鋅粉1_2份、PTFEl份、蒸餾水3-5份。
所述電極可按如下方法制備:
I)極膏漿料配置:按比例分別配制正、負(fù)極極膏備用；
正極極膏漿料配置:按重量份數(shù)計，將碳粉1-10份、三甲基溴化銨1-2份、溴化鋅10-100份、PVDFl份、3-5份蒸餾水機械混合攪拌成糊狀備用；
負(fù)極極膏漿料配置:按重量份數(shù)計，將碳粉1-10份、鋅粉1-2份、溴化鋅10-100份、PTFE I份、3-5份蒸餾水機械混合攪拌成糊狀備用；
2)采用刮涂或絲網(wǎng)印刷的方法將極膏均勻地涂覆在基體的一側(cè)表面；
3)將基體涂覆極膏一側(cè)表面向上靜置l_2h，或者于未涂覆極膏一側(cè)基體進(jìn)行真空0.1kpa抽濾5-10min，使得極膏在基體內(nèi)部由于重力或壓力作用呈現(xiàn)梯度分布。
所述電池由一節(jié)或二節(jié)以上單電池聯(lián)接而成，單電池上述電極制成的正極和負(fù)極，單電池中正、負(fù)極中的極膏含量從正、負(fù)極集流體至膜方向成梯度遞增分布。
電池由一節(jié)或二節(jié)以上單電池串聯(lián)、并聯(lián)、或串并混聯(lián)而成，
單電池依次由正極端板、正極集流體、正極、隔膜、負(fù)極、負(fù)極集流體、負(fù)極端板疊合而成；
二節(jié)以上單電池串聯(lián)時，其由正極端板和正極集流體、與負(fù)極集流體和負(fù)極端板，以及集流體二組以上中間采用雙極板分隔的依次排列的正極、隔膜、負(fù)極疊合而成。
電池充電時，負(fù)極內(nèi)部游離鋅離子直接以鋅單質(zhì)形式沉積在負(fù)極上，溴離子在正極內(nèi)部氧化為溴單質(zhì)后與絡(luò)合劑形成溴絡(luò)合物并吸附在正極內(nèi)部。放電時，鋅單質(zhì)氧化為鋅離子，溴絡(luò)合物還原為溴離子。
本發(fā)明的有益效果:
1.該電極采用基體搭配極膏的方法，在極膏中混入了高濃度的電池活性物質(zhì)，并加入絡(luò)合劑及析氫抑制劑，一方面解決了鋅溴蓄電池因電解液無法流動而導(dǎo)致的能量密度較低的問題，也抑制了電池的溴滲透及氫析出的問題，簡化了電池排氣孔；
2.結(jié)合電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)集中于隔膜兩側(cè)的特點，該電極的極膏在基體內(nèi)部呈梯度分布，在靠近電解質(zhì)膜一側(cè)的極膏量較多，靠近集流體一側(cè)的極膏量較少，使得極膏內(nèi)部的活性物質(zhì)能夠充分的參與電化學(xué)反應(yīng)的同時，也保證了電極內(nèi)部的反應(yīng)面積不至于降低，提高了活性物質(zhì)的利用率。
3.該電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、無外置循環(huán)泵、成本低、結(jié)構(gòu)及制造工藝簡單的特點。


圖1為本發(fā)明的鋅溴蓄電池的結(jié)構(gòu)示意1、2-正極、負(fù)極端板，3-正極集流體，4-負(fù)極集流體，5-正極，6-負(fù)極，7_隔膜；
圖2為實施例1鋅溴蓄電池充放電曲線；
圖3為實施例2鋅溴蓄電池充放電曲線。
具體實施方式
實施例1
正極極膏的制備:
I)極膏漿料配置:按重量份數(shù)計，將碳粉5份、三甲基溴化銨2份、溴化鋅40份、PTFE I份、3份蒸餾水機械混合攪拌成糊狀備用；
2)采用絲網(wǎng)印刷的方法將極膏漿料均勻地涂覆在泡沫鈦的一側(cè)表面，載量:IOmg/cm2 ；
3)涂覆有極膏一側(cè)向上放置靜置2h ；
4)溴化鋅溶液配置:配制4mol/L的溴化鋅溶液，將制備好的正極浸泡在溶液IOmin后裝配電池，并將涂覆有極膏的一側(cè)面向隔膜裝配。
負(fù)極極膏的制備:
I)極膏漿料配置:按重量份數(shù)計，將碳粉10份、鋅粉I份、溴化鋅50份、PVDF I份、4份蒸餾水機械混合攪拌成糊狀備用；
2)采用刮涂的方法將極膏漿料均勻地涂覆在泡沫鋅的一側(cè)表面；
3)未涂有極膏一側(cè)真空(0.1kpa)抽濾IOmin ；
4)溴化鋅溶液配置:配制4mol/L的溴化鋅溶液，將制備好的負(fù)極浸泡在溶液IOmin后裝配電池，并將涂覆有極膏的一側(cè)面向同一隔膜裝配。
電極面積36cm2，充放電電流密度20mA/cm2，電池性能:庫侖效率:93.7%，能量效率:81.8%，充放電曲線見圖2。
實施例2
正極極膏的制備:
I)極膏漿料配置:按重量份數(shù)計，將碳粉I份、三甲基溴化銨I份、溴化鋅10份、PTFEl份、3份蒸餾水機械混合攪拌成糊狀備用；
2)采用刮涂的方法將極膏漿料均勻地涂覆在碳?xì)值囊粋?cè)表面；載量:5mg/cm2。
3)未涂有涂覆有極膏一側(cè)真空(0.1kpa)抽濾IOmin ；
4)溴化鋅溶液配置:配制4mol/L的溴化鋅溶液，將制備好的正極浸泡在溶液IOmin后裝配電池，并將涂覆有極膏的一側(cè)面向隔膜裝配。
負(fù)極極膏的制備:
I)極膏漿料配置:按重量份數(shù)計，將碳粉I份、鋅粉I份、溴化鋅10份、PVDFl份、3份蒸餾水機械混合攪拌成糊狀備用；
2)采用絲網(wǎng)印刷的方法將極膏漿料均勻地涂覆在泡沫銅的一側(cè)表面；
3)涂覆有極膏一側(cè)向上放置靜制Ih ；
4)溴化鋅溶液配置:配制4mol/L的溴化鋅溶液，將制備好的負(fù)極浸泡在溶液5min后裝配電池，并將涂覆有極膏的一側(cè)面向同一隔膜裝配。
電極面積36cm2，充放電電流密度20mA/cm2，電池性能:庫侖效率:93.8%，能量效率:78.1%，充放電曲線見圖3。
權(quán)利要求
1.一種鋅溴蓄電池用電極，包括正極或負(fù)極，其特征在于:所述電極由基體、和在基體內(nèi)從基體的一側(cè)表面向另一側(cè)表面呈重量梯度分布的極膏組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于: 所述極膏分為正極極膏和負(fù)極極膏； 所述正極極膏成份按重量份數(shù)計，由溴化鋅10-100份、碳粉1-10份、絡(luò)合劑1-2份、蒸懼水3-5份組成； 負(fù)極極膏由溴化鋅10-100份、碳粉1-10份、析氫抑制劑1-2份、蒸餾水3-5份組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電極，其特征在于:正、負(fù)極極膏在基體上的載量分別在l_20mg/cm2 之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電極，其特征在于:所述正、負(fù)極基體為碳?xì)帧⑹珰只蚺菽饘佟?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極，其特征在于:所述絡(luò)合劑為季銨鹽，粘接劑為PTFE或PVDF，析氫抑制劑為:鋅粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極，其特征在于:所述季銨鹽為三甲基溴化銨。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電極，其特征在于: 所述電極可按如下方法制備: 1)極膏漿料配置:按比例分別配制正、負(fù)極極膏備用； 2)采用刮涂或絲網(wǎng)印刷的方法將極膏均勻地涂覆在基體的一側(cè)表面； 3)將基體涂覆極膏一側(cè)表面向上靜置l_2h，或者于未涂覆極膏一側(cè)基體進(jìn)行真空0.1kpa抽濾5-10min，使得極膏在基體內(nèi)部由于重力或壓力作用呈現(xiàn)梯度分布。
8.一種由權(quán)利要求1-7任一項所述電極組裝的鋅溴蓄電池，其特征在于:所述電池由一節(jié)或二節(jié)以上單電池聯(lián)接而成，單電池包括權(quán)利要求1所述電極制成的正極和負(fù)極,單電池中正、負(fù)極中的極膏含量從正、負(fù)極集流體至膜方向成梯度遞增分布。
9.按照權(quán)利要求8所述電極組裝的鋅溴蓄電池，其特征在于: 電池由一節(jié)或二節(jié)以上單電池串聯(lián)、并聯(lián)、或串并混聯(lián)而成， 單電池依次由正極端板、正極集流體、正極、隔膜、負(fù)極、負(fù)極集流體、負(fù)極端板疊合而成； 二節(jié)以上單電池串聯(lián)時，其由正極端板和正極集流體、與負(fù)極集流體和負(fù)極端板，以及集流體二組以上中間采用雙極板分隔的依次排列的正極、隔膜、負(fù)極疊合而成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋅溴蓄電池用電極及其組裝的鋅溴蓄電池，考慮到鋅溴蓄電池?zé)o電解液流動的特點，該電極采用基體搭配極膏的方法，在極膏中混入了高濃度的電池活性物質(zhì)，并加入絡(luò)合劑及析氫抑制劑，一方面解決了鋅溴蓄電池因電解液無法流動而導(dǎo)致的能量密度較低的問題，也抑制了電池的溴滲透及氫析出的問題，簡化了電池排氣孔；同時結(jié)合電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)集中于隔膜兩側(cè)的特點，該電極的極膏在基體內(nèi)部呈梯度分布，在靠近電解質(zhì)膜一側(cè)的極膏量較多，靠近集流體一側(cè)的極膏量較少，使得極膏內(nèi)部的活性物質(zhì)能夠充分的參與電化學(xué)反應(yīng)的同時，也保證了電極內(nèi)部的反應(yīng)面積不至于降低，提高了活性物質(zhì)的利用率。
文檔編號H01M4/02GK103137941SQ201110400210
公開日2013年6月5日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者張華民, 賴勤志, 張立群 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所