[發(fā)明專利]一種氫溴儲(chǔ)能電池結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110435992.7
• 申請(qǐng)日: 2011-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN103178283A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵志剛;張林松;俞紅梅;衣寶廉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01M8/18
• 分類號(hào): H01M8/18;H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲(chǔ)能電池領(lǐng)域，具體為一種新型的氫溴儲(chǔ)能電池結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，整個(gè)社會(huì)對(duì)電能的需求越來越多，依賴程度也越來越高。社會(huì)對(duì)電能的需求晝夜相差很大，用電低谷時(shí)大量電能被浪費(fèi)，利用率低。而風(fēng)能、太陽能輸出的不穩(wěn)定性難以滿足社會(huì)對(duì)持續(xù)、穩(wěn)定、可控的電力能源需求。為提高電能利用率、保證可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定供電，必須開發(fā)電流密度大、效率高的儲(chǔ)能技術(shù)。

氫溴儲(chǔ)能電池是一種高效的儲(chǔ)能技術(shù)。由于溴電極比氧電極具有更高的可逆性，氫溴儲(chǔ)能電池與氫氧可再生燃料電池相比電解電壓低、燃料電池電壓高，具有更高的儲(chǔ)能效率。工作時(shí)，電解液通過循環(huán)泵輸送到電池內(nèi)，在電極上完成電化學(xué)反應(yīng)后流出電池回到儲(chǔ)液罐中。其電極反應(yīng)為：

正極反應(yīng)：E°＝1.098V

負(fù)極反應(yīng)：E°＝0.000V

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，電池的正負(fù)極電勢(shì)差是1.098V。

美國專利US4520081中提出一種氫溴燃料電池的結(jié)構(gòu)，電池端板材料采用石墨，溴電極和氫電極流場(chǎng)均為石墨氈，氫電極則是在石墨上鍍鉑。這種電池結(jié)構(gòu)存在催化活性較差，接觸電阻大等缺點(diǎn)。美國專利US5833834介紹了一種制氫系統(tǒng)，包括氫溴酸電解池、氫溴燃料電池和太陽能反應(yīng)器。但該專利中未給出氫溴酸電解池和氫溴燃料電池的具體結(jié)構(gòu)。專利WO2006110780介紹了一種電化學(xué)制氫方法，利用電解池電解SO₂和水或電解HBr氣體制備氫氣，陰陽極為多孔氣體擴(kuò)散電極，流場(chǎng)為多孔碳。這種結(jié)構(gòu)的電解池有利于氣體的傳輸，但是電解氫溴酸溶液時(shí)多孔氣體擴(kuò)散電極不利于液體的傳輸。

從以上專利看出，氫溴燃料電池采用石墨材料為電極，催化活性低并且與膜的接觸電阻大；多孔碳作為溴電極流場(chǎng)或擴(kuò)散層在高電壓下會(huì)發(fā)生碳材料的耐腐；溴電極采用氣體擴(kuò)散電極不利于液體的傳輸。同時(shí)，溴電極側(cè)的水會(huì)擴(kuò)散到氫電極側(cè)，導(dǎo)致氫電極的水淹影響氫氣的傳輸。為了解決接觸電阻大、氣液傳輸問題并提高充放電電流密度，本發(fā)明采用親水溴電極、疏水氫電極、催化活性耐腐溴電極擴(kuò)散層和疏水氫電極擴(kuò)散層，從而降低接觸電阻、提高氣液傳輸、抑制氫電極水淹和提高充放電電流密度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、充放電電流密度大、儲(chǔ)能效率高的氫溴儲(chǔ)能電池。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種氫溴儲(chǔ)能電池結(jié)構(gòu)，由依次疊合的溴電極擴(kuò)散層、溴電極、電解質(zhì)膜、氫電極和氫電極擴(kuò)散層組成；

溴電極擴(kuò)散層為具有催化活性的耐腐蝕擴(kuò)散層，所述溴電極擴(kuò)散層為帶有催化劑的多孔材料，其為電鍍鉑、鈀、銥、釕或涂覆二氧化釕、二氧化銥催化劑中一種或二種以上的多孔鈦、鈦網(wǎng)或鈦氈，形成具有催化活性的耐腐蝕擴(kuò)散層；

所述溴電極為親水電極，氫電極為疏水電極；

親水電極包括Nafion電解質(zhì)和貴金屬納米催化劑；所述貴金屬納米催化劑為鉑、銥、釕、鈀、金、銠、鋨中的一種或二種以上的混合物，或鉑、銥、釕、鈀、金、銠、鋨中二種以上的合金，或金屬鉑、銥、釕、鈀、金、銠或鋨氧化物的納米粉末；

疏水電極包括Nafion電解質(zhì)、疏水有機(jī)物和貴金屬納米催化劑；所述貴金屬納米催化劑為鉑、銥、釕、鈀、金、銠、鋨中的一種或二種以上的混合物，或鉑、銥、釕、鈀、金、銠、鋨中二種以上的合金，或金屬鉑、銥、釕、鈀、金、銠或鋨氧化物的納米粉末；所述疏水有機(jī)物為PTFE、PVDF或PVDF-HFP。

氫電極擴(kuò)散層為疏水?dāng)U散層；所述氫電極擴(kuò)散層為經(jīng)過疏水化處理的多孔碳材料。

所述電解質(zhì)膜為質(zhì)子交換膜或納米微孔膜。

氫電極擴(kuò)散層中的多孔碳材料為石墨氈、碳?xì)只蛱技垼杷幚磉^程為：將碳紙浸漬在1-5wt.％的PTFE乳液中1-5min，取出烘干稱重，反復(fù)進(jìn)行數(shù)次至PTFE含量為15-35wt.％。然后放入馬弗爐中250℃焙燒30min，340℃焙燒30min，得到疏水?dāng)U散層。

所述疏水電極制備在電解質(zhì)膜的一側(cè)或制備在疏水?dāng)U散層上。

組裝單電池時(shí)，將上述電池結(jié)構(gòu)置于兩塊端板間；

組成電池組時(shí)，將二個(gè)以上的上述電池結(jié)構(gòu)置于兩塊端板間，相鄰電池結(jié)構(gòu)間通過雙極板間隔，采用的雙極板為石墨材料或表面有鉑、銥、二氧化銥等涂層的鈦、鈮等耐腐蝕金屬材料。

由單電池或電池組、電解液、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵、氫氣罐和輸液(氣)管路組成電池系統(tǒng)；所述電解液為氫溴酸和溴的混合溶液。