[发明专利]一种高能量密度低成本的中性锌铁液流电池

说明书

本发明公开了一种高能量密度低成本的中性锌铁液流电池，属于氧化还原液流电池储能领域。本发明要解决目前全钒液流电池中能量密度低的问题，同时可降低液流电池成本的问题。本发明以亚铁氰化锂或铁氰化锂的去离子水溶液作为正极电解液，以氯化锌和氯化锂的混合去离子水溶液作为负极电解液；采用石墨毡作为正极材料，石墨毡和锌片共同作为负极材料；采用阳离子交换膜作为隔膜组装电池。从而，获得具有高能量密度和低成本的中性锌铁氧化还原液流电池体系。本发明中的液流电池体系具有高能量密度、高库伦效率、较好的循环稳定性以及低成本等优点，能够广泛应用于液流电池储能领域。

技术领域

本发明属于氧化还原液流电池储能领域，具体地说，涉及一种高能量密度低成本的中性锌铁液流电池。

背景技术

紧迫的全球环境问题和化石能源的减少促使人们迫切需要能够与可再生能源(如风能、潮汐能和太阳能)相结合的储能系统，以消除其间歇性和波动性发电。各种技术已经得到应用。介绍，包括压缩空气和抽水蓄能等物理储能，以及燃料电池和充电电池等电化学方法。在各种电化学储能系统中，氧化还原液流电池(RFBs)，其中电活性材料溶解在某些溶剂中并储存在外部罐中，由于其极具吸引力的特性而成为大规模储能的最重要候选者之一能与功率解耦、高效、安全、循环寿命长。RFBs采用两种氧化还原对作为电荷存储材料，溶解在液体支持电解质中作为阳极和阴极电解质，分别称为阳极电解液和阴极电解液，用于电能和化学能之间的能量转换。在充电/放电过程中，储存在两个独立储层中的具有氧化还原活性的阳极电解液和阴极电解液被泵送通过电极表面以进行电化学反应以进行能量转换。在各种RFB技术中，非水液流电池(NARFB)具有电化学窗口宽和氧化还原活性材料选择范围广等吸引人的特点。然而，有机基电解质较差的离子电导率导致电流密度低，进而导致功率密度低。相比之下，水性液流电池(ARFBs)与非水性电池相比，由于其优越的功率和更好的安全性，是一种很有前途的选择。传统的无机液流电池，全钒液流电池是目前较有前途的技术之一，但仍然存在固有的缺点，例如相对较高的成本、低能量密度、腐蚀性电解质，易引起安全问题，这些问题极大程度的阻碍了液流电池的大规模发展以及商业化进程。因此，迫切需要开发一种新型的高能量密度低成本的液流电池体系，是确保未来可持续和绿色储能的关键。

发明内容

本发明解决由于现有的液流电池存在电解液环境复杂、成本高等技术问题，从而限制其在实际中应用。本发明的目的在于提供一种高能量密度低成本的中性锌铁液流电池，解决目前全钒液流电池中能量密度低的问题，同时可降低液流电池成本的问题。

为了克服现有技术的不足，突破传统液流电池体系低能量密度的束缚，本发明的目的在于提供一种高能量密度低成本的中性锌铁液流电池，解决了现有的液流电池能量密度低，成本高，易腐蚀等问题。采用该方法可获得具有高能量密度、优异循环稳定性、低成本、安全等优点的中性锌铁液流电池。

为了实现上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：

本发明一种高能量密度低成本的中性锌铁液流电池，所述液流电池的正极和负极电解液分别装在两个储罐中，利用送液泵使正电解液于正极与离子交换膜之间且负电解液于负极与离子交换膜之间循环运行；在电堆内部，正、负极电解液用离子交换膜分隔开，液流电池外接负载和电源，其特征在于，所述液流电池以石墨毡作为正极材料、以石墨毡和锌片共同作为负极材料，采用离子化处理后的阳离子交换膜作为离子交换膜，正极电解液和负极电解液体均呈中性，正极电解液为亚铁氰化锂或铁氰化锂的水溶液，负极电解液为氯化锌和氯化锂的水溶液。

进一步地限定，正极电解液配置方法如下：将亚铁氰化锂或铁氰化锂溶解于去离子水中，待完全溶解后，用稀酸或稀碱调节溶液pH至中性，即获得正极电解液，所述稀酸为稀盐酸或稀硫酸，所述稀碱为稀氨水。

进一步地限定，正极电解液中铁氰化锂的摩尔浓度为2.32mol/L；亚铁氰化锂的摩尔浓度为2.32mol/L。

进一步地限定，负极电解液配置方法如下：将氯化锂和氯化锌同时溶解于去离子水中，待完全溶解后，用稀盐酸或稀硫酸调节溶液pH至中性，即获得负极电解液。