[发明专利]一种中性锌碘液流电池

说明书

本发明涉及一种锌碘单液流电池，锌碘单液流电池包括一节单电池或二节以上单电池电路串联组成的电堆，单电池包括依次层叠的正极端板、集流体、带有液流框的正极、膜、带有液流框的负极、负极端板，负极电解液储罐中的电解液通过泵实现电解质在负极空腔和储罐之间的循环，同时负极管路上设有正极电解质循环的分支管路。电池正负极之间的多孔膜实现了导通支持电解质，并且阻止I₃^‑扩散到负极的作用。电解质活性物质的溶解度很高，能量密度高，特别适用于构建单液流电池；同时正负极电解质溶液均为中性，克服了传统液流电池强酸强碱电解质的腐蚀性问题，同时，电池的电流密度高、循环寿命长，成本低。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，特别是锌碘液流电池领域。

背景技术

化石能源的大量使用引发了能源危机和环境问题。开发利用不可再生能源成为世界各国关注的焦点。但是风能，太阳能等再生能源的不连续性和不稳定性，使得他们的直接利用困难，所以利用储能技术，实现可再生能源的连续供应成为解决上述问题的关键。液流电池由于设计灵活(能量，功率分开设计)，安全性好，设计寿命长，已经成为大规模储能市场最优前景的技术之一，其中全钒液流电池以其独特的技术优势已经进入商业示范阶段。

目前发展比较成熟的液流体系包括全钒液流电池，锌溴液流电池，多硫化钠溴等体系。但是全钒液流电池面临成本较高，电解质的酸性和腐蚀性较强的问题；另外，锌溴液流电池体系和多硫化钠溴体系面临着溴的挥发性和腐蚀性的问题，环境污染严重。

锌碘液流电池使用中性的锌盐和碘盐作为电解质，溶解度高，能量密度大；比起Cl₂和Br₂，碘腐蚀性很弱；同时碘在溶液中以I₃^-的形式存在，蒸汽压低，不易挥发等特点，使得锌碘液流电池成为一种很有前景的液流电池。与一般液流电池相同，锌碘液流电池采用双泵双管路设计，在充放电过程中，电解质在电池内部和储罐中循环流动。但是由于电池需要泵、储罐等电解液循环系统，导致系统的能量效率由于系统的损耗大大降低，另一方面泵和储罐等电池辅助设备使得电池系统结构复杂，降低了系统的能量密度，所以在双液流的基础上开展单液流电池的研究，减少系统的能量损耗是提高系统能量利用效率和能量密度的重要方法。另外，目前报道的锌碘液流电池多使用价格昂贵的全氟磺酸离子交换膜，但是上述离子交换膜在锌碘体系中容易被污染，导致电池的内阻上升，电池的循环稳定性差。此外锌碘液流电池多使用ZnI₂作为电解质，但是ZnI₂容易被空气氧化产生ZnO沉淀，同时在高电流密度以及长循环过程中，正极生成的I₂容易析出，电解质的稳定性差，电池的循环稳定性不好，并工作电流密度仅仅为10mA/cm²，电池的功率密度低。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的内容如下：

一种锌碘液流电池，包括一节单电池和多节单电池构成的电堆，正极一侧多孔电极及空腔充满电解液；负极利用泵实现电解液在电池内部和负极储罐的循环，并于负极管路上设有正极循环的支路管道并设有控制阀。

充电时I^-发生氧化反应，在正极上被氧化为I₃^-，负极上Zn²⁺被还原为Zn；放电时，正极发生还原反应，I₃^-发生还原反应被还原为I^-，Zn在负极发生氧化反应生成Zn²⁺。

单电池的结构包括正/负极端板、膜、正/负极、集流体、液流框，泵和管路组成。