[發明專利]一種非液流鋅溴電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201310225196.X
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103413992A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 吳流贊;施方蕘;申南熙;許春芳;王連衛
• 申請（專利權）人: 上海華鼎科技教育設備有限公司
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M12/02;H01M4/583;H01M4/1393
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 吳澤群

技術領域

本發明涉及一種鋅溴電池，具體為一種非液流鋅溴電池，以及這種非液流鋅溴電池的制備方法和應用。屬于新能源技術領域。

背景技術

伴隨著世界性的能源危機，像煤炭、石油等化石性燃料出現枯竭趨勢，因此，發展新能源技術刻不容緩，鋅溴電池就是其中一種。與傳統的鉛酸蓄電池相比，發展鋅溴電池對環境沒有污染，這種電池可以作為太陽能、風能電池的電能儲存裝置，并且自身成本低，該電池還可應用于電動車等領域，是一種新型綠色能源技術。

液流電池的活性物質存在于電解液中，電池被隔膜分隔成正極半電池和負極半電池，它們分別外接正極電解液和負極電解液貯存罐，用電動泵抽取來完成循環。電池的容量取決于電解液貯存罐的容積，而功率則取決于電堆的大小。

鋅溴液流電池的電解液為溴化鋅水溶液，充電過程中，鋅以金屬形態沉積在碳-塑料電極表面，溴形成油狀絡合物，貯存于正極電解液的底部。與鉛酸電池相比，鋅溴液流電池具有較高的能量密度和功率密度以及優越的循環充放電性能。鋅溴電池在近常溫下工作，不需要復雜的熱控制系統，其大部分構件由聚乙烯塑料制成，便宜的原材料和較低的制造費用使它在成本上具有競爭力。鋅溴液流電池的這些特點，使它成為大規模貯能電池的選擇之一。

鋅溴液流電池的主要技術問題是:1、溴和溴鹽的水溶液對電池材料具有腐蝕性；2、充電過程中鋅電極上形成枝晶；3、由于溴在電解液中溶解度高，溶解的溴快速傳質到鋅電極表面，與鋅直接反應，造成較嚴重的自放電；4、電解質在氧化還原中產生氣泡，氣泡為氫氣，容易產生爆炸。

非液流電池的局限性是電池的體積和容量，如果開發一種改進的非液流的電解液，這將大大簡化鋅溴電池的結構。盡管非液流電池的能量小于液流電池，但在一些應用領域中的好處可以大于缺點，具有很大的商業潛力。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種非液流鋅溴電池，以解決現有技術的上述問題。

本發明的另一個目的是提供這種非液流鋅溴電池的制備方法，本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種非液流鋅溴電池，由碳納米管復合電極、微孔隔膜和溴化鋅電解液構成；所述的溴化鋅電解液由以下組分和含量的原料組成，以重量份計，其中，純凈水100份，無水溴化鋅為15～35份、四乙基溴化銨為1～3份、硼酸為1～5份；聚丙烯酰胺為0.01～0.04份；以及微量調節pH值的檸檬酸；電解液呈膠體。

所述的pH值為5-7，優選的pH值為5.5-6。由于pH值接近中性，因此對電池材料不產生腐蝕。

所述的碳納米管復合電極的制備方法為：

1）按1mg：2mg：125mL的配比稱取碳納米管，六水硝酸鎂和異丙醇投，分散碳納米管、六水硝酸鎂于異丙醇中，超聲分散2～3小時。

2）以石墨電極為負極，銅片為正極，取適當正負極間距離及電壓，保證場強在20～30V/cm，直流電泳5～10min，電泳后熱臺烘干待用。

所述的石墨電極在拋光玻璃上用0.7～1.0μm的Al₂O₃粉拋光，去離子水超聲1min-5min后置于熱臺烘干。

所述的溴化鋅電解液的制備方法，其具體步驟為：

(1)負極電解液：溴化鋅15～35重量份制成溶液后加入聚丙烯酰胺0.01重量份，慢速攪拌1小時；

(2)正極電解液：溴化鈉1～3%、化成溶液后加入聚丙烯酰胺0.04%，四乙基溴化銨、1～3%、硼酸為1～5%；慢速攪拌2～3小時，在50±10℃溫度下進行，并微調pH值。

制備好的正負電解液放置24小時后使用為宜。

所述的微孔隔膜的微孔膜材料為江蘇安普克科技有限公司生產的PE膜，型號為:Mo70-350-280-1.0/0.25。

本發明通過適當調整了溴化鋅溶液的濃度，克服了離子的牽制效應，增大了電流量；用四乙基溴化銨和聚丙烯酰胺，可以阻氫、絮凝及絡合離子，減少自放電。硼酸是PH值的調節劑及防腐劑，檸檬酸作為pH值的調節劑。

本發明中，碳納米管復合電極具有高導電率、電極表面積大的特性，可相對縮小電池體積，而增加輸出電流。離子化的微孔隔膜有抗自放電功能。特制的電解液，能抑制充電時沉積在極板上鋅的枝狀結晶；并不會對極板刻蝕；能明顯減少電解質在氧化還原中產生氣泡；它可以降低電解液中離子的自放電；并展寬了電池工作的溫度范圍；還能合理的快速充電，與眾不同的是，允許100%深度放電。

本發明的充電電流每平方厘米可達60毫安，充放電效率70%左右。可應用于電動助力車快充快用的環保蓄電池及其他領域。