[发明专利]一种具有辅助电极结构的电池电极及其高功率电池

说明书

技术领域

本发明属于新能源电池技术领域，涉及一种用来提高液流电池功率密度的具有辅助电极结构的电池电极及其高功率电池。

背景技术

流体电池能通过把还原剂和氧化剂分别在电池的两侧电极上放电实现将液流中的化学能直接转变为电能，由于能量是存储在电池的电解液中，所以它能通过将能量分别存储而达到无限制提高电池容量的方法，从而适合大规模能量存储，对电网的调峰相对于空气能储能和蓄水储能是一个非常有前景的技术。目前主要的液流电池有多硫化钠/溴电池和全钒液流电池等类型的流体电池。然而由于液流电池由于电极本身的特点导致放电功率密度很低，如全钒液流电池电极上单位面积上的输出电流只有80mA/CM²,输出功率只有0.08～0.1W/CM².而氢燃料电池在使用白金催化剂的情况下只有0.4～0.6 W/CM²的输出功率。这些电池由于都要使用昂贵的全氟磺酸树脂膜，及贵金属催化剂的原因，导致电池成本无法降低。进而使得液流电池，燃料电池并不能大规模的应用。而在其他材料成本不能快速降低的情况下，提高同等电池电极单位面积上的功率密度对降低电池系统的成本就意义重大。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种提高电池功率密度、降低电池成本的具有辅助电极结构的电池电极及其高功率电池。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有辅助电极结构的电池电极及其高功率电池，在液流电池或燃料电池的正极区域和/或负极区域分别设有辅助电极、电池系统参数传感器及电池控制系统，电池工作时区间被分成两段，首先让电池工作输出电流给电池控制系统并被控制系统存储起来，电池控制系统内部电路将存储的能量分成两部分，这两部分的能量比例由控制器软件制动调节或由人工调节；其中一部分整流后对外输出，另外一部分被内部的电池活性物质转换电路将电压降低后得到低压电流用来反馈给电池的电极和对应的辅助电极；当电池输出一定时间后，停止对外输出电流，由系统控制器将存储的部分电能以一定的低压电流提供给电池对应的辅助电极和电极上，使得电池中负极区域的电极活性物质在负极上氧化同时在辅助电极上得到放电活性更高的电极活性材料；同理，在电池正极区域低放电活性的电极活性物质在正极上还原同时在辅助电极得到放电活性更高的正极材料，从而实现电池放电时电极活性物质的转换；当系统控制器内的活性物质转换电路存储的电能消耗完毕后，电池重新进入放电状态，如此不断的循环；工作中电池是属于间断性的输出，而整个电池系统属于连续输出。

所述的电池具有正极、负极、正极辅助电极、负极辅助电极、电池隔膜、电池状态传感器和电池系统控制器。

所述的电池系统控制器具有活性物质转换电路和对外放电电路、能量存储模块和传感器电路；电池传感器具有温度、电解液流速、电解质浓度和电解质成分等类型的传感器。

所述的具有辅助电极结构的电池从其中一个方向看其中的结构排布依次为正极、多孔隔膜、正极辅助电极、离子交换膜、负极辅助电极、多孔隔膜、负极或者是正极、多孔隔膜、正极辅助电极、多孔隔膜、负极辅助电极、多孔隔膜和负极。

所述的具有辅助电解结构的电池可以是只有正极区域采用添加辅助结构电极形式，也可以是只有负极区域采用添加辅助结构电极形式，或者正极与负极区域都采用添加辅助结构电极形式。

所述的正极辅助电极和负极辅助电极都具有超大的围观比较面积，适合大功率放电。

所述的负极辅助电极的电极电位要在电解液体系中和负极区域流体电池活性物质的电极电位要相近，且进行电极活性物质转换后能够大大提高电极的放电功率。例如在全钒液流电池中负极辅助电极电对为Pb/PbSO₄，该电极电位和全钒液流电池负极区域V(II)/V(III)电极电位相近,但金属铅电极放电功率却大大加快。

所述的正极的极辅助电极的电极电位要在电解液体系中和流体本身活性物质的电极电位要相近，例如在全钒液流电池中正极极辅助电极可以为多孔碳素电极吸附一定浓度的卤素单质形成Br₂/Br^-，或者形成低浓度的Cl₂/Cl^- ，在该电极电位对和V(IV)/V(V)电位对电极电位相近的情况下，前者的放电功率大大高于后者。

所述的正极辅助电极与正极，负极辅助电极与负极之间存在多孔隔膜进行隔离。

所述的具有辅助电解结构的电池在正极和负极之间存在离子交换膜或者多孔隔膜，用来隔离正极和负极区域的电解液。