[发明专利]一种液态金属燃料电池

说明书

本发明提供一种液态金属燃料电池，其特征在于，包括电池壳体，所述电池壳体设有电解液腔室、液态金属反应腔室、正极极耳、正极空气极片，所述液态金属反应腔室内装有液态金属，所述电解液腔室内装有电解液；所述电解液中设有负电极片组，所述负电极片组的一端置于液态金属反应腔室内部，以使负电极片组与液态金属相接触并发生氧化反应。其中液态金属与镍片接触发生氧化反应作为电池的负极，空气中的氧气与空气电极发生还原反应作为正极，利用液态金属和空气中的氧气作为燃料，将化学能转化为电能，在减小电池对环境影响的同时，同时提高液态金属燃料电池的循环寿命，使电池受外界影响小、电池的一致性更好、管理更为方便以及生产和使用成本更低。

技术领域

本发明涉及电池储能技术领域，更具体地，涉及一种液态金属燃料电池。

背景技术

随着我国经济的快速发展，传统化石能源日益匮乏，生态环境的负荷也越来越重，新能源产业发展的重要性日益凸显；在调整能源结构和增加能源产出的同时，提高现有能源产出的利用率和品质的重要性显而易见。近些年来，我国光伏产业和风电产业发展极为迅速，尤其是风力发电装机量连年保持翻番增长，但风电、光电等新能源发电自身所固有的间歇性、不连续性和不稳定性等特征，使得新能源产业空有庞大的装机量却只有极少部分的发电量可以并网利用；另外，随着智能电网时代的到来，电力系统正在从传统型向清洁、高效、智能型转变，如何有效地消除减轻昼夜间电网峰谷差，平滑负荷，以“微电网”的形式实现产能与负载同时调节，提高电力设备运行效率，降低供电成本，已经成为各个国家构建智能电网的核心内容。而不论是上述的可再生能源不稳定性的消除，以实现真正地并网发电，还是减轻昼夜间电网峰谷差，平滑负荷，都需要有大规模、低成本的储能技术作为支撑。

随着能源和环境问题的日益突出，可再生能源(如风能、太阳能等)在降低温室气体排放和实现可持续发展方面扮演着越来越重要的角色。由于可再生能源在并网时可能会导致电网的不稳定，所以迫切需要发展大规模储能技术。储能按照工作原理可以分为物理储能、化学储能和其它形式的储能，其中化学储能主要是研发高效的大规模电池体系，例如铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等。

作为一种较新的电池储能技术，液态金属燃料电池的概念于2007年由美国麻省理工学院教授D.R.Sadoway提出，是一种专门用于大规模电力系统储能的新型电池，此全液态金属燃料电池在高温下，两电极均为液态金属，电解质为熔融态无机盐，电极与电解质由于密度不同且互不混溶而自然分层，电解质自然将两液态金属电极隔开。

近些年来，液态金属燃料电池的发展迅猛，通常的液态金属燃料电池将熔融态金属作为电池正负极，无机熔盐作为电解质，在200℃至700℃的工作温度下熔融正负极材料、熔盐电解质由于彼此间密度不同以及不相容性而自动分层为自上而下存在的正极、电解质和负极。电池放电时负极金属失去电子，电子通过外电路做功迁移到正极，而负极金属离子通过熔盐迁移到正极并且与正极金属形成合金。充电过程则相反。这种特殊设计的电池具有库伦效率高、倍率性能好、循环寿命长、成本低廉等优点，能同时满足在能量和功率方面的应用，在解决风力、太阳能等发电并网储能方面具有广阔的应用前景。然而，液态金属燃料电池目前也存在一些缺陷，比如电池需要在高温下工作，电池内部正负极材料、电解质熔盐都处于液态，它们对于空气中水分、氧气极度敏感，是引起电池失效的一个主要原因，因此电池密封要求非常高。此外在高温下，熔融正负极以及熔盐对外壳、正负极绝缘陶瓷等电池各部件的腐蚀速率较快，特别是负极碱金属对绝缘陶瓷的腐蚀尤为剧烈，会导致电池的使用寿命大大缩短等。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种液态金属燃料电池，解决了现有技术中液态金属燃料电池高温下运行时性能衰减快、循环寿命短、电池管理不方便且生产升本高的问题。