一種負極為鈦電對的液流電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型液流電池體系的構建，特別涉及一種負極為鈦電對的液流電 池。 技術背景
[0002] 液流電池是一種以活性物質(zhì)在流動狀態(tài)下實現(xiàn)充電、放電為特點的大規(guī)模儲能裝 置，近年來，隨著風能太陽能等可再生能源的發(fā)展，液流電池由于其大規(guī)模儲能特點彰顯出 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+，負極為TiO2+/ Ti3+，該電池的理論電壓低，僅有0. 77V(實際放電僅有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力學特征，后續(xù)發(fā)展出了鐵鉻 電池；而鈦半電池反應速度相對慢，易形成TiO2沉淀，使電極鈍化，為此，鈦電對未能得到后 續(xù)的應用。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、化學性質(zhì)穩(wěn)定性好的優(yōu)點，與適當?shù)恼龢O電對配對， 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為負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、化學性質(zhì)穩(wěn)定性好的鈦電對作為負極，采用溶解度高、氧化還原電位高、可逆性 好、化學性質(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，構建出一種系列新型的液流電池體系，實現(xiàn)大規(guī)模儲能的需 求。
[0004] 本發(fā)明的技術方案如下：負極為鈦電對的液流電池由電池單體1、負極儲罐8、正 極儲罐10、泵12和管路13構成；電池單體1通過管路13與負極儲罐8相連，負極儲罐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與正極儲罐 10相連，正極儲罐10通過管路13依次與泵12、電池單體1相連并行成回路；負極電解液9 的主體存放在負極儲罐8中，正極電解液11的主體存放在正極儲罐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，負極電解液9與正極電解液11在泵12推 動下通過管路13在負極儲罐8及正極儲罐10和電池單體1之間循環(huán)流動；其中電池單體 1是由負極集流體3、負極電極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、負極電極4、負極集流體3依次相連；隔膜2分隔電池單 體1的負極電解液9和正極電解液11 ;該液流電池的負極電解液9和正極電解液11為水溶 液，負極活性物質(zhì)是鈦IV/鈦III電對，正極活性物質(zhì)電對是鈷III和鈷II、錳III/錳II、 錳IV/錳II、碘VII/碘V或碘V/碘，負極活性物質(zhì)溶解于負極電解液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、具有導電氧化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導電 氮化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導電氧化物膜表面的鉭及鉭合金、具有導電氮化物膜表 面的鉭及鉭合金或具有導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)明的負極電極4是碳材料、具有導電氧化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導電 氮化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導電氧化物膜表面的鉭及鉭合金、具有導電氮化物膜表 面的鉭及鉭合金或具有導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、具有導電氧化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導 電氮化物膜表面的鈦及鈦合金、具有導電氧化物膜表面的鉭及鉭合金、具有導電氮化物膜 表面的鉭及鉭合金或具有導電碳化物膜表面的鉭及鉭合金。
[0009] 本發(fā)明的負極電解液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：
[0014] 1、負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 性質(zhì)穩(wěn)定性好的鈦電對。
[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，可廣泛應用于電力、交通、電子等行業(yè)。
【附圖說明】
[0017] 圖1. 一種負極為鈦電極的液流電池結構圖
[0018] 1電池單體，2隔膜，3負極集流體，4負極電極，5正極集流體，6正極電極，7 外殼，8負極儲罐，9負極電解液，10正極儲罐，11正極電解液，12泵，13管路。
【具體實施方式】
[0019] 實例 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，石墨氈作為負極電極、 不透性石墨板作為負極集流體，采用1.0MTi0S04+3MH2SOJt為負極電解液，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，正負電極及隔膜封裝 在有機玻璃構成的外殼中，組成鈦鈷液流電池單體；負極電解液與磁力泵、負極儲罐連接成 電解液回路，正極電解液也同樣與磁力泵、正極儲罐連接成電解液回路。當正負電極表面 的溶液流速約l〇cm/S時，以5mA/cm2的電流密度充放電，該鈦鈷