[發明專利]液流型電化學電池

無效

• 申請號: 201110203069.0
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102790233A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 羅臬;楊立章;崔驥
• 申請（專利權）人: 羅臬;崔驥
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M4/86
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 崔濱生

技術領域

本發明涉及一種用電化學方法儲存電能的液流型電池。

背景技術

由于多數可再生能源，例如，風能和太陽能發電的具有波動性和不確定性，大規模的電能儲存是有效利用可再生能源的必須一環。微電網應用中也急需一種經濟可靠的儲能技術。氧化還原液流電池(RFB)是一種很有潛力的可以使用在風力或太陽能發電站的儲能技術。

船舶，潛艇等動力裝置也需要高效的大規模電池能源。

在現有技術中，Skyllas-Kazacos等人描述了一種使用礬的氧化還原的液流電池，該電池有很低的陰極液與陽極液之間的交互滲透(美國專利號4786567)。Zito等人描述了一種基于鐵硫電對的液流電池(美國專利號5422197)。Skyllas-Kazacos等人描述了一種使用穩定化的基于礬電解液的氧化還原的液流電池(美國專利號6,562,514)。Skyllas-Kazacos等人描述了一種在正極上使用多聚鹵素-鹵素以及在負極上使用V(III)/V(II)氧化還原電對的液流電池(美國專利7320844)。

礬氧還液流電池因為釩金屬的價格高昂限制了該技術的大規模使用。因而急需可以減低液流電池的材料成本的技術發明。

礬氧還液流電池的美國專利號6,562,514專利報道中指出：釩電池的充電電壓較高，通常大于1.5伏：酸性溶液中，充電過程中有顯著的電流導致于電解水，造成能量浪費。電解水的另外的壞處是產生酸堿，造成電池溶液化學組成在使用中的變化，對穩定使用造成困難。因而需要可以減低電解水的電池材料設計的發明。

上述氧還電池還有其他工程上的問題。例如，釩氧還電池工作在強酸性溶液里，這一點容易導致電池雙極板上導電部件的腐蝕，因而使用壽命短。因而需要一種電池工作液的材料設計方案，使高濃度電池工作液可以在非強酸性條件下工作，尤其是可以在堿性條件下工作。

發明內容

本發明提供了一種使用后3d過渡周期元素的液流電池，它可以解決現有技術存在的價格高昂、電池性能低下、導電部件易腐蝕等問題。所以，最理想的是用堿性或接近中性的電極反應物。

本說明的定義

液流電池：一般稱為氧化還原液流電池。液流電池是利用正負極電解液分開，各自循環的一種高性能蓄電池。正負極電解液，也可以稱工作液。在本發明的實例中，盡管正負極電解液的氧還反應不同，正負極電解液的初始組成可以相同也可以不同。

氧還(redox)，就是氧化還原的縮寫，是指原子，離子，分子，或者絡合物進行的一種改變其氧化狀態或帶電狀態的一種電化學反應。

絡合物，也叫配位化合物，配合物，錯合物。為一類具有特征化學結構的化合物，由中心原子或離子(統稱中心原子)和圍繞它的稱為配位體(簡稱配體)的分子或離子，完全或部分由配位鍵結合形成。廣義上說多核多配體的配合物也屬于本發明金屬絡合物范疇。

過渡金屬在本發明中是指元素周期表中的d-block中的任意一個元素，包括第三至第十一族。這些族對應著d軌道的填充，在電子結構上從s2d1(第三族)到s2d9(第十一族)。

3d過渡金屬是指在周期表上第三行的過渡金屬。后3d過渡金屬是指錳，鐵，鈷，鎳，銅。(I.V.Nikolaenko，Journal?of?Alloys?and?Compounds(合金和化合物學報)，1995，225，474-479.)。

陰極，陽極：在電化學電池中，陰極指還原反應進行的電極，而陽極指氧化反應進行的電極。這樣當一個電池在放電的時候，陰極具有高的電位，同時陽極具有低的電位。但是如果電池充電，則情況正好相反，即陽極具有高的電位，同時陰極具有低的電位。為了不致產生歧義，本專利對陰極，陽極的定義都約定為放電時的定義。這樣本專利中陰極的定義等效于正極，而陽極的定義等效于負極。

正極，負極：這里正極是指電池中的高電位電對進行氧化還原的電極。負極是指電池中的低電位電對進行氧還的電極。本專利中正極的定義等效于陰極，而負極的定義等效于陽極。工作液：是對陰極液和陽極液的統稱。前者是溶解有高電位電對的溶液，后者是溶解有低電位電對的溶液。

電流收集板：又稱雙極板。

逾滲閾值(Percolation?threshold)：特定填充物可以從一個電極到另一個電極形成互通網路的最低濃度。粒子通常是在介質中隨機分布。也可以使用工藝手段使其有序分布或局部有序分布來得到更好的控制。比如控制局部的濃度，粒子的取向，粒子間的相互作用等等。填充物可以是一種物質或多種電活性物質的混合物。