一種中性鋅鐵雙液流電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液流電池領(lǐng)域，特別涉及一種鋅鐵液流電池。
【背景技術(shù)】
[0002]電能是人類賴以生存的能源，目前電能主要來源于化石能源，而化石能源的過渡消耗不但造成能源短缺，且排放出大量有毒有害的氣體，造成環(huán)境污染。因此人們開始關(guān)注風(fēng)能、太陽能等可再生能源的開發(fā)和利用，但由于太陽能、風(fēng)能等可再生能源具有不連續(xù)性和不穩(wěn)定性，如果直接并入電網(wǎng)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，因此要有效的利用這些可再生能源，就必須配備高效、廉價(jià)、安全可靠的儲(chǔ)能設(shè)備。液流電池在滿足上述條件的基礎(chǔ)上，以其容量和功率可獨(dú)立設(shè)計(jì)、不受地域環(huán)境的限制的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而成為目前最適宜大規(guī)模儲(chǔ)能的設(shè)備之一。
[0003]目前發(fā)展較為成熟的液流電池體系有:鋅溴、多硫化鈉溴、全釩、和鋅鎳體系。前兩者由于正極側(cè)電解液在充電態(tài)時(shí)會(huì)溢出溴單質(zhì)而造成環(huán)境污染，制約了其大規(guī)模應(yīng)用。全釩體系由于釩離子的溶解度較低，需要高濃度的酸作為溶劑，會(huì)造成電極及管道的腐蝕。而鋅鎳體系的電解液為高堿性的鋅酸鹽溶液，需要用濃度為6?14mol dnr3的堿液作為溶劑，不但浪費(fèi)資源，而且堿的腐蝕性更為嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，達(dá)到減小腐蝕的目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0005]一種中性鋅鐵雙液流電池，電池包括一節(jié)單電池或兩節(jié)以上單電池串聯(lián)而成的電堆、正極電解液儲(chǔ)罐、負(fù)極電解液儲(chǔ)罐；正極電解液為MFe(CN) 6水溶液，負(fù)極電解液為含有鋅離子的中性水溶液。
[0006]正極電解液儲(chǔ)罐內(nèi)裝填有正極電解液，正極電解液儲(chǔ)罐經(jīng)液體輸送泵通過管路單電池或電堆的正極入口和出口相連；
[0007]負(fù)極電解液儲(chǔ)罐內(nèi)裝填有負(fù)極電解液，負(fù)極電解液儲(chǔ)罐經(jīng)液體輸送泵通過管路單電池或電堆的負(fù)極入口和出口相連。
[0008]充電時(shí)，電解液經(jīng)由泵從正負(fù)極儲(chǔ)液罐分別輸送至正、負(fù)極，正極儲(chǔ)罐中的活性物質(zhì)K4Fe (CN)6發(fā)生氧化反應(yīng)生成K3Fe (CN)6，鋅離子在負(fù)極直接以鋅單質(zhì)形式沉積；放電時(shí)，正極電解液中的的活性物質(zhì)K3Fe (CN)6發(fā)生還原反應(yīng)生成K4Fe (CN)6 ;鋅單質(zhì)氧化為鋅離子經(jīng)由泵回到負(fù)極儲(chǔ)液罐中。
[0009]單電池包括正負(fù)極端板、集流體、膜、正極和負(fù)極。
[0010]正極電解液中的活性物質(zhì)為K4Fe (CN)6,濃度范圍0.1mol dm_3?lmol dm_3，也可以添加一些添加劑提高電解液的導(dǎo)電性，如K2S04、KNO3和KCl中的一種或幾種。負(fù)極電解液為含鋅離子的中性水溶液，如ZnS04、Zn(N03)2、和ZnCl2等，濃度范圍0.1mol dm—3?3moldm_3，中性水溶液PH6-8，也可以添加一些支持電解質(zhì)，如K2S04、KNOjPKCl中的一種或幾種。
[0011]含鋅離子的中性水溶液濃度為I?3mol dm_3。
[0012]正、負(fù)極為導(dǎo)電的多孔碳租、泡沫金屬、碳布或石墨板。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
[0014]通過篩選正、負(fù)極反應(yīng)電對(duì)，提出了中性鋅鐵液流電池的概念，改善了傳統(tǒng)液流電池需要強(qiáng)酸強(qiáng)堿作為支持電解質(zhì)造成腐蝕的問題，中性鋅鐵液流電池正負(fù)極還原電位分別為K4Fe (CN)6A3Fe (CN)f^P Zn2+/Zn，溶劑為水，無腐蝕性，且鋅鐵儲(chǔ)量豐富，成本低廉，能夠滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求，是一種極具應(yīng)用前景的儲(chǔ)能設(shè)備；具有安全性高，穩(wěn)定好、成本低、結(jié)構(gòu)及制造工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；同時(shí)中性電解液可提高鋅負(fù)極鋅離子溶解度，從而提高能量密度。
【附圖說明】
[0015]圖1為鋒鐵雙液流電池不意圖；
[0016]1-正極端板；2 -集流體；3 -正極；4 -膜；5 -負(fù)極；6 -負(fù)極端板；7、8、泵；9 -正極電解液儲(chǔ)罐；10 -負(fù)極電解液儲(chǔ)罐；
[0017]圖2為實(shí)施例1制備的電池循環(huán)性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]電解液配置:
[0019]電解液:正極電解液為40ml0.4mol dm_3的K4Fe (CN) 6溶液；負(fù)極電解液為40mL0.4mo I dm 3ZnSO4 溶液。
[0020]電池組裝:
[0021]單電池依次正極端板、集流體、正極3x3cm2碳租、膜、負(fù)極3x3cm2石墨板、負(fù)極端板。單電池結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)見圖1。
[0022]電池測(cè)試:
[0023]電解液流速:5ml/min ;充放電電流密度20mA/cm2 ;充電容量180mAh，放電截止電壓為0.8V。電池性能見圖2，由充放電電流密度圖2可知在20mA/cm2 ;充電容量180mAh條件下，電池的能量效率達(dá)到了 74%左右，30次循環(huán)性能未見明顯衰減。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種中性鋅鐵雙液流電池，其特征在于:電池包括一節(jié)單電池或兩節(jié)以上單電池串聯(lián)而成的電堆、正極電解液儲(chǔ)罐、負(fù)極電解液儲(chǔ)罐；正極電解液為K4Fe(CN)6水溶液，負(fù)極電解液為含有鋅離子的中性水溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性鋅鐵雙液流電池，其特征在于: 正極電解液儲(chǔ)罐內(nèi)裝填有正極電解液，正極電解液儲(chǔ)罐經(jīng)液體輸送泵通過管路單電池或電堆的正極入口和出口相連； 負(fù)極電解液儲(chǔ)罐內(nèi)裝填有負(fù)極電解液，負(fù)極電解液儲(chǔ)罐經(jīng)液體輸送泵通過管路單電池或電堆的負(fù)極入口和出口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性鋅鐵雙液流電池，其特征在于:單電池包括正負(fù)極端板、集流體、膜、正極和負(fù)極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性鋅鐵雙液流電池，其特征在于:正極電解液中的活性物質(zhì)為 K4Fe (CN) 6，濃度為 0.1 ?Imol dm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性鋅鐵雙液流電池，其特征在于，含鋅離子的中性水溶液為ZnS04、Zn(N03)2、ZnCl2中的一種或二種以上的水溶液，鋅離子濃度為0.1?3mol dnT3，7K溶液PH6-8。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的中性鋅鐵雙液流電池，其特征在于:含鋅離子的中性水溶液濃度為I?3mol dnT3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4所述的中性鋅鐵雙液流電池，其特征在于:正極電解液或/和負(fù)極電解液中含有添加劑K2so4、KN03、KCl中的一種或二種以上，添加劑濃度為0.1?3moldm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中性鋅鐵雙液流電池，其特征在于:充電時(shí)，電解液經(jīng)由泵從正負(fù)極儲(chǔ)液罐分別輸送至正、負(fù)極，正極儲(chǔ)罐中的活性物質(zhì)K4Fe (CN)6發(fā)生氧化反應(yīng)生成K3Fe (CN) 6，鋅離子在負(fù)極直接以鋅單質(zhì)形式沉積；放電時(shí)，正極電解液中的的活性物質(zhì)K3Fe (CN)6發(fā)生還原反應(yīng)生成K4Fe (CN)6 ;鋅單質(zhì)氧化為鋅離子經(jīng)由泵回到負(fù)極儲(chǔ)液罐中。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中性鋅鐵雙液流電池，其特征在于:正、負(fù)極為導(dǎo)電的多孔碳租、泡沫金屬、碳布或石墨板。
【專利摘要】一種中性鋅鐵雙液流電池，單電池由正負(fù)極端板、集流體、正極、膜、負(fù)極、正負(fù)極儲(chǔ)液罐、管路及泵組成，其中正極為多孔電極，負(fù)極為沉積型電極，正極電解液為中性的K4Fe(CN)6溶液，負(fù)極電解液為含鋅離子的中性溶液；充電時(shí)，電解液經(jīng)由泵從正、負(fù)極儲(chǔ)液罐分別輸送至正、負(fù)極，正極儲(chǔ)罐中的活性物質(zhì)K4Fe(CN)6發(fā)生氧化反應(yīng)生成K3Fe(CN)6，鋅離子在負(fù)極直接以鋅單質(zhì)形式沉積；放電時(shí)，正極電解液中的活性物質(zhì)K3Fe(CN)6發(fā)生還原反應(yīng)生成K4Fe(CN)6；鋅單質(zhì)氧化為鋅離子經(jīng)由泵回到負(fù)極儲(chǔ)液罐中。正負(fù)極電解液均為中性溶液，克服了傳統(tǒng)液流電池需要強(qiáng)酸、強(qiáng)堿作為支持電解質(zhì)所引起的腐蝕問題。
【IPC分類】H01M8-18
【公開號(hào)】CN104716374
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310694610
【發(fā)明人】張華民, 程元徽, 賴勤志
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2013年12月15日