[发明专利]一种锌镍单液流电池

说明书

本发明涉及一种锌镍单液流电池，该电池包括一节单电池或两节以上单电池串联而成的电堆，负极电解液储罐、负极循环管路、泵；单电池包括从下到上依次叠合的正极端板、正极集流体、置于正极电极框内的正极、电池隔膜、置于负极电极框中的负极、负极集流体、负极端板，负极电解液储罐中的负极电解液经泵流经负极，正极电解液不流动且被密封在正极集流体、正极电极框、正极、电池隔膜所围绕成的密闭腔室中；其中正、负极为柔性电极，正、负电解液相同，均为含可溶性锌盐的碱性水溶液。该电池具有结构简单、能量密度高、功率密度高、安全性好等优点。

技术领域

本发明涉及液流电池储能技术领域，特别涉及一种锌镍液流电池领域。

技术背景

锌镍单液流电池是一种新型的低成本、高效率、环境友好型的液流电池储能技术，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。

传统锌镍单液流电池正极为烧结式氧化镍电极,负极为镍箔上的沉积锌电极,电解液为1.0M ZnO+0.5M LiOH+10M KOH水溶液，且正负极之间没有隔膜。由于该电池无隔膜，导致该电池无法实现多节串联，在同一种、无物理阻隔且导通的流动电解液中，各节电池之间只能以并联的方式连接；因为传统的锌镍单液流电池正极材料导电性差，电流无法从电极厚度方向导通，导致其不能使用全钒、锌溴等双电池结构运行，使得电池无法实现多节串联。传统锌镍单液流电池由于受限于负极材料(析氢过电位低、且不溶于碱的金属)，负极发生副反应的几率大大增加(析出氢气)，电池在长时间静置时，负极生成的锌单质会再次溶解到电解液中，使得电池再开启时，负极由于没有析氢过电位较高的锌金属而发生析氢副反应，使用时氢气的生成增加了电池的危险性。受限于电池整体结构，传统锌镍单液流电池正极容量过低，导致电池容量受限。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，本发明通过在正负极之间加离子交换膜，构筑正负极电解液分开的体系，使得电池可以在单节基础上进行多节串联，每节之间正负极电解液不互混，阻止漏电以及短路情况发生。电池正极整体封闭，正极内部电解液不流动，简化了电池结构。同时，通过使用把碳毡封闭在密闭空间内的结构来做成电池负极，阻止了电池每次开启时发生的析氢副反应，提高了电池寿命的同时也提高了电池的安全性。电池正负极使用同一种电解液，电解液可以通过离子交换膜任意互混而不影响电池性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种锌镍单液流电池，该电池包括一节单电池或两节以上单电池串联而成的电堆，负极电解液储罐、负极循环管路、泵；单电池包括从下到上依次叠合的正极端板、正极集流体、置于正极电极框内的正极、电池隔膜、置于负极电极框中的负极、负极集流体、负极端板，负极电解液储罐中的负极电解液经泵流经负极，正极电解液不流动且被密封在正极集流体、置于正极电极框中的正极、电池隔膜所围绕成的密闭腔室中；其中正极是以碳毡作为基体、基体上涂敷有正极活性物质，正极活性物质组成为氢氧化镍；负极为柔性电极，正负电解液相同，均为含可溶性锌盐的碱性水溶液。

负极柔性电极为碳毡。

正极活性物质在正极上的涂敷量为0.5g/cm²～1g/cm²。

负极被封闭在电极框内，电极框厚度2.5-4mm，负极厚度4-5mm；正极被封闭在电极框内，电极框厚度6-9mm，正极厚度8-10mm。

正负极电解液中碱为Ba(OH)₂、NaOH、KOH、LiOH中的一种或两种以上，可溶性锌盐中锌离子浓度为0.4mol/L～0.5mol/L，碱性水溶液浓度为4mol/L～7.5mol/L。

电池隔膜为离子传导膜。电池中使用离子交换膜或者多孔传导膜，通过电池内部离子的流动与外电路电子的定向运动构成电流回路。

本发明的有益效果：