[发明专利]液流电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学储能装置，特别涉及到一种液流电池。

背景技术

液流电池又称液流氧化还原电池，是指电池正负极反应物中至少一方为液态流体的电化学储能装置。与能量存储于电极材料中的二次电池(如铅酸蓄电池、锂离子电池)相比，液流电池的单电池或半电池电极只是反应发生的场所而不是活性物质储存的地点，不存在通常二次电池复杂的固相变化，因此电池循环寿命长，可靠性高等特点。由于活性物质存储于电解液中，储能容量取决于储液罐的容积和活性物质的浓度，具有功率与容量分离等优点。

自1974年美国的L.H.Thaller(美国国家航空和宇宙航行局，即美国NASA的Lewis研究中心)提出液流电池的电化学储能概念以来，已有多种液流电池被提出(Journal of Power Sources 160(2006)716-732)，如溴/多硫化物液流电池、全钒液流电池、钒-溴氧化还原系统、铁-铬氧化还原系统、锌-溴氧化还原系统、锌-铬氧化还原系统和可溶性铅单液液流电池等，这些主要是根据氧化还原电对的不同而提出。这类液流电池均采用水系电解液体系，由于水的理论分解电压为1.23V，即使考虑到极化作用的影响，单电池的工作电压也通常在2V以内，电池工作电压比较低(如可溶性铅单液液流电池的理论电压为1.78V)，需要多个单电池在电堆外部或内部进行串联以提高工作电压，增加了系统体积及复杂度。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术之不足，提供一种电压较高、占用空间较小、操作方便的液流电池。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的。

一种液流电池，包括电池单体或多个电池单体串联组成的电堆、电解液储罐、循环泵和流体管道，电池单体包括正极、负极、正极电解液和负极电解液，正极、负极之间以阴离子交换膜隔开，其中，电池单体的正极活性物质选自金属镍、钴或铜，电池单体负极的活性物质选自碱金属。

电池单体的正极由正极集流体和正极活性物质组成，正极活性物质选自金属镍、钴或铜。在一种具体的实施方式中，正极的活性物质为铜。

电池单体的正极集流体选自金属板、金属箔、金属网、碳材料或多孔导电材料中的一种或几种。

在一种优选的实施方式中，金属板或金属箔或金属网中的金属为铜或铝。

在一种优选的实施方式中，碳材料为柔性石墨。

在一种优选的实施方式中，多孔导电材料为泡沫金属材料。

电池单体正极电解液为含有可溶性镍盐、钴盐或铜盐的有机电解液，该盐与正极活性物质相对应。在一种具体的实施方式中，正极活性物质选用铜，正极电解液为含有可溶性铜盐的有机电解液

在一种具体的实施方式中，可溶性铜盐选自醋酸铜、硫酸铜、硝酸铜、六氟磷酸铜、四氟硼酸铜、乙酰丙酮基铜或三氟甲基磺酸铜中的一种或几种。

电池单体的负极由负极集流体和负极活性物质组成，负极的活性物质选自碱金属。在一种具体的实施方式中，负极的活性物质为锂。

电池单体的负极集流体选自金属板、金属箔、金属网、碳材料或多孔导电材料中的一种或几种。

在一种优选的实施方式中，金属板或金属箔或金属网中的金属为铜。

在一种优选的实施方式中，碳材料为柔性石墨。

在一种优选的实施方式中，多孔导电材料为泡沫金属材料。

电池单体负极电解液为含有可溶性碱金属盐的有机电解液，该盐与负极活性物质相对应。在一种具体的实施方式中，负极活性物质选用锂，负极电解液为含有锂盐的有机电解液。

在一种具体的实施方式中，可溶性锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、乙酰丙酮基锂、三氟甲基磺酸锂、四氟硼酸锂中的一种或几种。

为保证液流电池能稳定工作，电池单体负极电解液中的溶剂为不与碱金属负极活性物质反应的溶剂。在一种具体的实施方式中，电池单体负极电解液中的溶剂为不与锂发生反应的溶剂。

为防止可能发生的电解液溶剂透过离子交换膜渗透而引起不必要的负反应，电池单体正极电解液中的溶剂为不与碱金属负极活性物质反应的溶剂。在一种具体的实施方式中，电池单体正极电解液中的溶剂为不与锂发生反应的溶剂。

在一种优选的实施方式中，不与锂发生反应的溶剂选自碳酸二甲酯(DMC)，碳酸二乙酯(DEC)，碳酸乙烯酯(EC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸丙烯酯(PC)，r-丁内酯(GBL)，四氢呋喃(THF)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)，碳酸甲丙酯(MPC)。

在一种具体的实施方式中，阴离子交换膜为均相或异相阴离子交换膜。