一種負(fù)極為鈦電對(duì)的液流電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型液流電池體系的構(gòu)建，特別涉及一種負(fù)極為鈦電對(duì)的液流電 池。 技術(shù)背景
[0002] 液流電池是一種以活性物質(zhì)在流動(dòng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)充電、放電為特點(diǎn)的大規(guī)模儲(chǔ)能裝 置，近年來，隨著風(fēng)能太陽能等可再生能源的發(fā)展，液流電池由于其大規(guī)模儲(chǔ)能特點(diǎn)彰顯出 良好的發(fā)展前景。迄今為止，液流電池已發(fā)展出多種體系，從鐵/鉻電池開始，到多硫化鈉 /溴和全釩液流電池，以及新體系探索，然而，仍有許多性能良好的體系未能得到足夠的重 視。特別是，1979年，F(xiàn)Savinell等提出的鐵鈦電池，電池正極為Fe37Fe2+，負(fù)極為TiO2+/ Ti3+，該電池的理論電壓低，僅有0. 77V(實(shí)際放電僅有0. 67V)，為此，鐵鈦電池未能得到發(fā) 展。該電池中，F(xiàn)e3YFe2+半電池具有較好的可逆性和較快的動(dòng)力學(xué)特征，后續(xù)發(fā)展出了鐵鉻 電池；而鈦半電池反應(yīng)速度相對(duì)慢，易形成TiO2沉淀，使電極鈍化，為此，鈦電對(duì)未能得到后 續(xù)的應(yīng)用。然而，研究表明，通過電解液配比的改變，在中性或酸性條件下，TiO2Vti3+具有 溶解度高、氧化還原電位低、可逆性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，與適當(dāng)?shù)恼龢O電對(duì)配對(duì)， 可以得到一系列性能優(yōu)良的液流電池新體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一系列以鈦電對(duì)為負(fù)極的新型液流電池體系。不同于現(xiàn)有 的液流電池體系，本發(fā)明的思路是：在中性或酸性條件下，采用溶解度高、氧化還原電位低、 可逆性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性好的鈦電對(duì)作為負(fù)極，采用溶解度高、氧化還原電位高、可逆性 好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性好的鈷（III)/鈷（II)、錳（III)/錳（II)、錳（IV)/錳（II)、碘（VII)/ 碘（V)或碘（V)/碘作為正極，構(gòu)建出一種系列新型的液流電池體系，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)能的需 求。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：負(fù)極為鈦電對(duì)的液流電池由電池單體1、負(fù)極儲(chǔ)罐8、正 極儲(chǔ)罐10、泵12和管路13構(gòu)成；電池單體1通過管路13與負(fù)極儲(chǔ)罐8相連，負(fù)極儲(chǔ)罐8通 過管路13依次與泵12、電池單體1相連并行成回路；電池單體1通過管路13與正極儲(chǔ)罐 10相連，正極儲(chǔ)罐10通過管路13依次與泵12、電池單體1相連并行成回路；負(fù)極電解液9 的主體存放在負(fù)極儲(chǔ)罐8中，正極電解液11的主體存放在正極儲(chǔ)罐10中，以管路13通過 泵12與電池單體1連成回路；在充放電過程中，負(fù)極電解液9與正極電解液11在泵12推 動(dòng)下通過管路13在負(fù)極儲(chǔ)罐8及正極儲(chǔ)罐10和電池單體1之間循環(huán)流動(dòng)；其中電池單體 1是由負(fù)極集流體3、負(fù)極電極4、隔膜2、正極電極6和正極集流體5封裝在外殼7中組成， 正極集流體5、正極電極6、隔膜2、負(fù)極電極4、負(fù)極集流體3依次相連；隔膜2分隔電池單 體1的負(fù)極電解液9和正極電解液11 ;該液流電池的負(fù)極電解液9和正極電解液11為水溶 液，負(fù)極活性物質(zhì)是鈦IV/鈦III電對(duì)，正極活性物質(zhì)電對(duì)是鈷III和鈷II、錳III/錳II、 錳IV/錳II、碘VII/碘V或碘V/碘，負(fù)極活性物質(zhì)溶解于負(fù)極電解液9中，正極活性物質(zhì) 溶解于正極電解液11中。
[0005] 本發(fā)明的正極電極6為碳材料、具有導(dǎo)電氧化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導(dǎo)電 氮化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導(dǎo)電氧化物膜表面的鉭及鉭合金、具有導(dǎo)電氮化物膜表 面的鉭及鉭合金或具有導(dǎo)電碳化物膜表面的鉭及鉭合金，形態(tài)是多孔的材料。
[0006] 本發(fā)明的負(fù)極電極4是碳材料、具有導(dǎo)電氧化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導(dǎo)電 氮化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導(dǎo)電氧化物膜表面的鉭及鉭合金、具有導(dǎo)電氮化物膜表 面的鉭及鉭合金或具有導(dǎo)電碳化物膜表面的鉭及鉭合金，形態(tài)是多孔的材料。
[0007] 本發(fā)明的負(fù)極集流體3為碳材料、鈦及鈦合金、鉭及鉭合金、不銹鋼或鉛及鉛合 金。
[0008] 本發(fā)明的正極集流體5為碳材料、具有導(dǎo)電氧化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導(dǎo) 電氮化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導(dǎo)電氧化物膜表面的鉭及鉭合金、具有導(dǎo)電氮化物膜 表面的鉭及鉭合金或具有導(dǎo)電碳化物膜表面的鉭及鉭合金。
[0009] 本發(fā)明的負(fù)極電解液9和正極電解液11的支持電解質(zhì)為硫酸、鹽酸、氫溴酸、氫碘 酸、溴酸、碘酸、乙酸、甲基磺酸、氨基磺酸、氟代磺酸，硫酸鹽、鹽酸鹽、氫溴酸鹽、氫碘酸鹽、 溴酸鹽、碘酸鹽、乙酸鹽、甲基磺酸鹽、氨基磺酸鹽、氟代磺酸鹽中的一種以上。
[0010] 本發(fā)明的負(fù)極電解液9和正極電解液11的pH值小于8。
[0011] 本發(fā)明的電解質(zhì)溶液中鈦的濃度為〇. 05~2. 5摩爾每升；電解質(zhì)溶液中鈷的濃度 為0. 05~2. 0摩爾每升；電解質(zhì)溶液中錳的濃度為0. 05~2. 0摩爾每升；電解質(zhì)溶液中碘 的濃度為〇. 05~3. 0摩爾每升。
[0012] 本發(fā)明的隔膜2為陽離子交換膜、陰離子交換膜或選擇透過性微孔膜。
[0013] 本發(fā)明新型液流電池體系具有如下特點(diǎn)：
[0014] 1、負(fù)極為在中性或酸性條件下，采用溶解度高、氧化還原電位低、可逆性好、化學(xué) 性質(zhì)穩(wěn)定性好的鈦電對(duì)。
[0015] 2、正極為中性或酸性條件下，采用溶解度高、氧化還原電位高、可逆性好、化學(xué)性 質(zhì)穩(wěn)定性好的鈷（III)/鈷（II)、錳（III)/錳（II)、錳（IV)/錳（II)、碘（VII)/碘（V)或 碘（V)/碘。
[0016] 該新型液流電池體系具有電池電壓商、制造工藝簡單、成本低、循環(huán)壽命商等優(yōu) 點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電力、交通、電子等行業(yè)。
【附圖說明】
[0017] 圖1. 一種負(fù)極為鈦電極的液流電池結(jié)構(gòu)圖
[0018] 1電池單體，2隔膜，3負(fù)極集流體，4負(fù)極電極，5正極集流體，6正極電極，7 外殼，8負(fù)極儲(chǔ)罐，9負(fù)極電解液，10正極儲(chǔ)罐，11正極電解液，12泵，13管路。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)例 1
[0020] 采用石墨氈作為正極電極、不透性石墨板作為正極集流體，石墨氈作為負(fù)極電極、 不透性石墨板作為負(fù)極集流體，采用1.0MTi0S04+3MH2SOJt為負(fù)極電解液，以Nafionll7 陽離子交換膜作為隔膜，采用I.OMC〇S04+3MH2SOJt為正極電解液，正負(fù)電極及隔膜封裝 在有機(jī)玻璃構(gòu)成的外殼中，組成鈦鈷液流電池單體；負(fù)極電解液與磁力泵、負(fù)極儲(chǔ)罐連接成 電解液回路，正極電解液也同樣與磁力泵、正極儲(chǔ)罐連接成電解液回路。當(dāng)正負(fù)電極表面 的溶液流速約l〇cm/S時(shí)，以5mA/cm2的電流密度充放電，該鈦鈷