[發明專利]一種長壽命鋅溴液流電池結構及其電解液

在審

• 申請號: 201410659524.1
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN105680082A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 賴勤志;張華民;程元徽;李先鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M4/86
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及一種長壽命鋅溴液流電池結構及電解液組成。

背景技術

由于鋅溴液流電池需要循環泵、貯液槽等電解液循環系統所需的設備，導 致了鋅溴液流電池的能量密度由于系統損耗的影響而降低，另一方面這些電池 輔助設備使得鋅溴液流電池系統結構復雜，不利于小型化。

專利CN99245261.9介紹了一種鋅溴蓄電池，它取消了鋅溴液流電池的循環 泵，貯液槽等電解液循環系統，使電池結構簡單而緊湊，降低了系統能耗。但 是，該系統未提出適合鋅溴蓄電池使用的電極而是直接采用鋅溴液流儲能電池 使用的碳氈電極，導致了系統的能量效率較低，并且由于未考慮電池析氫的抑 制問題，導致系統需要設置排氣孔，系統設計復雜，不利于密封。

隨著人類經濟和社會的發展，對能源的需求越來越多，使得化石能源保障壓 力越來越大；而且化石能源轉化過程產生諸多環境問題：例如，排放氮和硫的 氧化物引發酸雨，排放溫室氣體加速全球變暖的進程。因此，發展可再生能源， 擴大其在能源結構中的比重，提高能源利用效率，將推動社會可持續發展。

電能作為清潔高效的二次能源，與人類日常生產生活密切相關，而不斷增長 的電能需求以及對電力品質的要求，需要頻繁的對電網系統進行擴容和升級， 大力發展太陽能、風能等可再生能源發電是解決這一問題的重要途徑。然而， 太陽能、風能具有明顯的不連續、不穩定特性，對電網的穩定可靠運行提出了 巨大挑戰，成為阻礙其進一步發展的瓶頸。為此發展高效儲能技術，用以平滑 和穩定可再生能源發電的輸出以及解決發電與用電的時差矛盾，提高電力品質 和電網可靠性，具有十分重要的意義。

為保證太陽能、風能等可再生能源發電系統的穩定供電，就必須開發高效、 廉價、污染少和安全可靠的儲能技術。縱觀各種不同類型的化學蓄電池，液流 電池以其獨特的優勢而成為最適宜大規模儲能的蓄電池之一。與所有電化學電 池一樣，液流儲能電池也是通過活性物質發生氧化還原反應來實現電能和化學 能相互轉化的電池系統。與傳統二次電池不同，液流儲能電池的電極均為惰性 電極，為電極反應提供反應場所，同時起到電催化劑的作用。通常液流儲能電 池在初始狀態，活性物質以離子狀態存儲于電解液當中，正極和負極電解液分 別裝在兩個儲罐中，通過送液泵實現電解液在管路系統中的循環。運行過程中， 有的電池體系氧化還原反應表現為離子價態的變化，有的表現為金屬的沉積與 溶出，通常把后者表現形式的電池統稱為沉積型液流儲能電池。目前研究認為 鋅作為在水溶液中穩定存在的金屬中比能量密度最高的金屬，最適合于作為沉 積型液流儲能電池負極使用，如：鋅溴、鋅鎳、鋅錳、鋅空等液流儲能電池。

鋅溴液流儲能電池(Zinc-bromineredoxflowbattery,ZBB)是一種低能 耗、高效率、環境友好型的液流儲能電池，具有能量密度和電流效率高、裝置 簡單易操縱、使用壽命長、成本低廉等優點，主要應用于電網調峰、風能和太 陽能等可再生能源發電、電動汽車等領域。

鋅溴液流電池在充放電工作時，用循環泵驅動電解液在電池內循環流動。 電池不工作時電解液從電池空腔中抽出，貯存于貯液槽內，使電池內部正負極 之間實現電解液斷路，可以防止正極充電態溴擴散到負極直接發生化學反應而 引起自放電。循環電解液同時還可以防止充電時鋅枝晶生長穿過隔膜使正負極 短路。專利EPBIO167517,CN1087209A等就是這類循環電解液鋅溴電池。

目前鋅溴液流電池均采用導電基體并附著催化材料的方法制備電池正極， 一方面活性較差，另一方面增加了工序，不利于成本控制。而碳氈作為電極在 全釩液流電池中有廣泛的應用，而碳氈作為鋅溴液流電池正極具有良好的催化 活性，但是由于負極為鋅的沉積溶解反應，使用碳氈會導致鋅的累積，影響電 池壽命。

本發明提供了一種可以使用碳氈作為電極材料的解決方案，在保證電池性 能提高的同時，解決了鋅的累積及循環壽命較低的問題。

發明內容

本發明提供一種長壽命鋅溴液流電池結構及電解液組成。

為實現上述目的，本發明的具體技術方案如下：