一種大功率環(huán)形儲(chǔ)能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體涉及的是一種大功率環(huán)形儲(chǔ)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)總量的迅速提升，能源形式也越來越嚴(yán)峻，如何有效的利用好現(xiàn)有的能源產(chǎn)能已經(jīng)成為能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要內(nèi)容。在大力建設(shè)智能電網(wǎng)的背景下，提升電能質(zhì)量迫在眉睫，而作為電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性關(guān)系到國民生產(chǎn)的方方面面，更代表著電網(wǎng)抵抗負(fù)荷沖擊的調(diào)整能力。在有大幅的負(fù)荷變化時(shí)，為了穩(wěn)定電網(wǎng)頻率，在最短時(shí)間內(nèi)給電網(wǎng)輸入或者從電網(wǎng)吸收大量能量來抵消大的負(fù)荷波動(dòng)，從而使電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定在一個(gè)可控的范圍，即實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的調(diào)頻過程。這個(gè)過程中，最為關(guān)鍵的是如何在最短的時(shí)間內(nèi)輸出或吸收大量的能量，這需要有足夠大功率的儲(chǔ)能設(shè)備，通常為飛輪儲(chǔ)能或超級電容器。
[0003]另一方面，隨著軍事、航天等領(lǐng)域的高新武器設(shè)備的出現(xiàn)，如電磁炮等，需要有超級電容器等能在短時(shí)間內(nèi)釋放出大量能量的儲(chǔ)能設(shè)備作為支撐。
[0004]然而，飛輪儲(chǔ)能由于其物理儲(chǔ)能方式的限制，儲(chǔ)能容量很小，能量損耗不能忽視；超級電容器等由于存在技術(shù)壁皇，制造成本高。于是，使用以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)、規(guī)模極易拓展、響應(yīng)迅速的新型電池作為儲(chǔ)能設(shè)備的優(yōu)勢顯而易見，這需要新型電池的充放電功率遠(yuǎn)超現(xiàn)有的所有電池，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量的能量。另一方面，從功能性出發(fā)，這種新型電池完全可以算作另外一種容量可擴(kuò)展的、成本低廉的超級電容器。但目前還未見有這種以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的超大功率的儲(chǔ)能電池的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種大功率環(huán)形儲(chǔ)能電池，該電池具有極大的充放電功率，可作為超級電容器使用。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種大功率環(huán)形儲(chǔ)能電池，包括若干層同軸套裝在一起的由固體電解質(zhì)制成的環(huán)形壁，環(huán)形壁的底部固定在圓形底座上，環(huán)形壁的頂端固定在圓形上蓋上，圓形底座和圓形上蓋均由絕緣材質(zhì)制成；所有環(huán)形壁與圓形底座和圓形上蓋共同圍成若干層套裝在一起的密閉腔體，所有密閉腔體內(nèi)均填充有正極材料或負(fù)極材料，其中填充有正極材料的密閉腔體為正極材料腔，填充有負(fù)極材料的密閉腔體為負(fù)極材料腔，且正極材料腔和負(fù)極材料腔相互間隔設(shè)置；正極材料腔的底部設(shè)有正極電流引出極，正極電流引出極伸出圓形底座外并會(huì)集成電池正極，負(fù)極材料腔的底部設(shè)有負(fù)極電流引出極，負(fù)極電流引出極伸出圓形底座外并會(huì)集成電池負(fù)極；其中正極材料為惰性金屬，負(fù)極材料為活潑的堿金屬或堿土金屬，在電池的運(yùn)行溫度下正極材料和負(fù)極材料均為液態(tài)。
[0008]所述的正極材料為Al、Zn、Ga、Cd、In、Sn、Sb、Te、Hg、T1、Pb、Bi中的一種或任意幾種的混合物；負(fù)極材料為L1、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba中的一種或任意幾種的混合物；固體電解質(zhì)為負(fù)極材料的金屬陽離子的良導(dǎo)體。
[0009]所述的正極材料腔和負(fù)極材料腔的填充率均小于50%。
[0010]所述的環(huán)形壁的厚度為3?5mm。
[0011]所述的正極電流引出極和負(fù)極電流引出極均為不銹鋼片。
[0012]最外層的環(huán)形壁的直徑與圓形底座和圓形上蓋的直徑相同。
[0013]該電池的高度與其直徑的比值小于I。
[0014]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0015]本發(fā)明提供了一種充放電功率極大、可用作超級電容器的大功率環(huán)形儲(chǔ)能電池，能夠應(yīng)用于電網(wǎng)的調(diào)頻和軍事航天技術(shù)。該電池為多層環(huán)形設(shè)計(jì)，具有十分獨(dú)特的電池結(jié)構(gòu)，除了最外層的環(huán)形壁外，其余環(huán)形壁的兩側(cè)分別分布有電池的正極材料和負(fù)極材料，因此這些環(huán)形壁(固體電解質(zhì))都是電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)面，所以該電池具有足夠大的電化學(xué)反應(yīng)面積，這使得電流流通的面積很大。而且電極反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，運(yùn)行時(shí)正負(fù)極均為液態(tài)金屬，具有非常優(yōu)良的電子導(dǎo)通性，可達(dá)到足夠大的電流密度，因此該電池的充放電功率可以很大。另外該電池能夠按不同的容量要求確定按比例分布的多套尺寸參數(shù)，很容易進(jìn)行規(guī)模擴(kuò)大，可滿足不同的容量和空間要求。本發(fā)明提供的電池既能夠有較大的電流密度又能夠有足夠的電流流通面積，保證了足夠高的充放電速率和功率，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，尤其適于電網(wǎng)調(diào)頻和電磁炮等高能武器使用。
[0016]進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的大功率環(huán)形儲(chǔ)能電池中正極材料腔和負(fù)極材料腔的填充率均小于50%，能夠保證在正、負(fù)極材料腔中有足夠的空間來容納正、負(fù)極材料反應(yīng)完后生成的產(chǎn)物，避免由于反應(yīng)過程中造成的材料體積變化而導(dǎo)致的對環(huán)形壁、圓形底座和圓形上蓋的擠壓，從而避免環(huán)形壁受力后破損導(dǎo)致的正、負(fù)極材料互混而帶來的電池容量損失，同時(shí)避免電池發(fā)生鼓包或正、負(fù)極材料泄露所導(dǎo)致的電池使用安全和使用壽命問題。
[0017]進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的大功率環(huán)形儲(chǔ)能電池中，在保證支撐強(qiáng)度的前提下使環(huán)形壁的厚度盡可能小，最好為3?5mm，從而能夠保證良好的離子導(dǎo)通性，縮減電池運(yùn)行時(shí)的極化損失。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明提供的環(huán)形儲(chǔ)能電池(Na Il Bi)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明提供的環(huán)形儲(chǔ)能電池(Na || Bi)的橫剖面示意圖；
[0020]圖3為Na-Bi反應(yīng)體系的合金相圖；
[0021]圖4為本發(fā)明提供的3kW環(huán)形儲(chǔ)能電池(Na || Bi)的運(yùn)行性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]參加圖1和圖2，本發(fā)明提供的大功率環(huán)形儲(chǔ)能電池，包括若干層同軸套裝在一起的由固體電解質(zhì)制成的環(huán)形壁2，環(huán)形壁2的底部固定在圓形底座3上，環(huán)形壁2的頂端固定在圓形上蓋I上，最外層的環(huán)形壁2的直徑與圓形底座3和圓形上蓋I的直徑相同。在保證支撐強(qiáng)度的前提下使環(huán)形壁2的厚度盡可能小，最好為3?5mm。圓形底座3和圓形上蓋I均由絕緣材質(zhì)制成。相鄰兩層環(huán)形壁2與圓形底座3和圓形上蓋I圍成環(huán)形的密閉腔體，最內(nèi)層的環(huán)形壁2與圓形底座3和圓形上蓋I圍成圓柱形的密閉腔體，密閉腔體內(nèi)填充有正極材料或負(fù)極材料，其中填充有正極材料的密閉腔體為正極材料腔8，填充有負(fù)極材料的密閉腔體為負(fù)極材料腔9，且正極材料腔8和負(fù)極材料腔9間隔設(shè)置；正極材料腔8和負(fù)極材料腔9的填充率小于50%。正極材料腔8的底部設(shè)有正極電流引出極4，正極電流引出極4伸出圓形底座3外并匯集成電池正極5，負(fù)極材料腔9的底部設(shè)有負(fù)極電流引出極6，負(fù)極電流引出極6伸出圓形底座3外并匯集成電池負(fù)極7。正極電流引出極4和負(fù)極電流引出極6均為不銹鋼薄片。該電池的高度(環(huán)形壁2的高度)與其直徑(最外層環(huán)形壁2的直徑)的比值小于1，即環(huán)形壁2的高度小于最外層環(huán)形壁2的直徑。
[0024]該電池的基本的電化學(xué)反應(yīng)為一種合金化和脫合金化的過程，正極材料為為惰性金屬，如Al、Zn、Ga、Cd、In、Sn、Sb、Te、Hg、T1、Pb、Bi中的一種或任意幾種的混合物；負(fù)極材料為活潑的堿金屬或堿土金屬，如L1、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba中的一種或任意幾種的混合物；固體電解質(zhì)為負(fù)極材料的金屬陽離子的良導(dǎo)體，通常為對應(yīng)陽離子的固體電解質(zhì)。電極反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，在電池的運(yùn)