[发明专利]全铁氧化液流电池系统

说明书

本发明公开了电池技术领域的一种全铁氧化液流电池系统，包括：反应仓、氧化仓、管路、铁电极、液流电极、铁离子电解液、氧化性物质。铁电极、液流电极位于反应仓内，反应仓、氧化仓通过管路形成循环系统，反应仓中的铁离子电解液在液流电极上与铁电极反应放出电能，铁离子在液流电极上被还原为亚铁离子，铁电极失去电子变成亚铁离子进入电解液。电解液进入氧化仓与氧化性物质反应，被氧化的电解液循环进入反应仓。本发明通过氧化仓的氧化实现铁离子电解液的再生，减小了混合液流电池正极半电池电解液的用量，实现系统能量密度的提升。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种混合液流电池系统，尤其涉及一种全铁氧化液流电池系统。

背景技术

液流电池，是一种活性物质存在于液态电解质中的电池技术。电解液置于电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，并发生电化学反应，实现化学能与电能的转换。液流电池的额定功率和额定能量是独立的，功率大小取决于电堆，能量的大小取决于电解液。可随意增加电解液的量，达到增加电池容量的目的。能深放电但不会损坏电池，可100%放电。电池结构简单，材料价格便宜，更换和维修费用低。电解质溶液为水溶液，电池系统无潜在的爆炸或着火危险，安全性高。液流电池的活性物质存在于液态电解质中，因此能量密度相对比较低。

用高容量、低电位的金属材料代替低浓度的负极电解液，用作负极的活性物质，虽然牺牲了部分液流电池的工作特点，但可以极大地提高液流电池的能量密度。这种在正极半电池保持液流电池的工作模式，而负极半电池使用传统电池的工作模式的液流电池结构叫做混合液流电池。

混合液流电池能量密度受正极半电池电解液的限制，整体能量密度上虽有较大的提升，但对比目前比较成熟的电池技术并没有很好的表现。液流电池的反应物质、隔膜以其他辅助装置，使得总体造价仍比较高。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种全铁氧化液流电池系统，该电池系统能实现大的比功率、安全合理的能量密度和经济高效的转换效率，同时具备造价低廉、环境安全和便于回收综合利用的特点。为了实现上述目的，本发明提出了一种全铁氧化液流电池系统，包括反应仓、氧化仓、管路、铁电极、液流电极、铁离子电解液、氧化性物质。铁电极、液流电极位于反应仓内，反应仓、氧化仓通过管路形成循环系统，反应仓中的铁离子电解液在液流电极上与铁电极反应放出电能，铁离子在液流电极上被还原为亚铁离子，铁电极失去电子变成亚铁离子进入电解液。电解液进入氧化仓与氧化性物质反应，被氧化的电解液循环进入反应仓。电解液在循环中可经过适当的调整处理，电解液的调整可包括但不限于分离多余的电解液、补充电解液成分或水、分离沉淀、排放气体。可在氧化仓或管路包含电解液的调整装置。管路可包含液泵、阀门以调节流经的电解液压力实现电解液循环和控制。

本发明的电池系统的启动需打开管路加注电解液，电池系统不响应秒级以下的用电启动且不可充电。可与外部可充电电池配合，以满足即时的用电响应和能量回收。通过管路排干反应仓电解液实现长期不运行状态下的电池保存。通过补充铁电极材料、氧化性物质和调整电解液增加电池运行时间。

本发明的电池系统的反应仓电极电压理论值为1.21V，在实验中测量得到0.8V到1.0V，根据电极成分、纯度、钝化锈蚀程度以及电解液浓度等的不同，实际工作电压会有变化。多个反应仓可串联、并联或串并联组合成电池组以提供高电压或大电流，在一些实施例中，在保证不同电位绝缘的情况下共用氧化仓，绝缘措施包括但不限于滴注、加注后分离等。

本发明的电池系统的氧化仓可根据应用场景采取措施加速氧化，包括但不限于机械方式增加气体与液体的接触面和相对流速、采用催化剂加速反应、采用反应仓2倍以上的面积滩晒氧化、加压加湿增加气体氧化物质溶解度、组成原电池回收能量和加速反应。

本发明的电池系统以铁为负极，价格低廉、污染极少、铁电极材料来源丰富，不使用贵金属催化剂，理论能量密度适中，以机械方式添加电极材料电池储存寿命长，存储安全且便于回收，适合大范围应用。