[發明專利]氧化還原液流電池

有效

• 申請號: 201580070086.8
• 申請日: 2015-12-15
• 公開（公告）號: CN107112569B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 加來宏一;巽遼多;董雍容
• 申請（專利權）人: 住友電氣工業株式會社
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 王海川;穆德駿

一種氧化還原液流電池，其包含：包含正極、負極以及置于這兩個電極之間的隔膜的電池單元；供應給所述正極的正極電解液；以及供應給所述負極的負極電解液，其中所述正極電解液含有錳離子和含磷物質，所述負極電解液含有選自鈦離子、釩離子、鉻離子和鋅離子的至少一種金屬離子，且所述含磷物質的濃度為0.001M以上且1M以下。

技術領域

本發明涉及采用含有錳離子的正極電解液的氧化還原液流電池。特別地，本發明涉及能夠抑制正極電解液中的氧化錳的析出的氧化還原液流電池。

背景技術

近年來，隨著電力短缺的加劇，對全球規模的諸如風力發電和太陽能光伏發電的自然能源的快速采用以及電力系統的穩定化(例如頻率和電壓的維持)提出了挑戰。用于應對上述挑戰的一種技術已受到關注，該技術為安裝大容量蓄電池以實現例如輸出功率變化的平滑化、過剩電力的儲存和負載的均衡化。

這樣的大容量蓄電池之一為氧化還原液流電池(在下文中有時稱為RF電池)。RF電池具有以下特點，例如：(i)容易達到兆瓦級(MW級)的大容量，(ii)使用壽命長，(iii)可以準確監測電池的充電狀態(SOC)，以及(iv)可以獨立地設計電池輸出功率和電池容量，從而提供了設計上的高自由度。因此，預期RF電池為最適合作為電力系統的穩定化用途的蓄電池。

RF電池主要包含電池單元，所述電池單元包含被供應正極電解液的正極、被供應負極電解液的負極以及置于所述兩個電極之間的隔膜。代表性地，RF電池系統被構建為包含RF電池以及構造為向RF電池循環供應用于兩個電極的電解液的循環機構。通常，循環機構包含儲存正極電解液的正極槽、儲存負極電解液的負極槽以及分別連接用于電極的槽和RF電池的管道。

用于所述電極的電解液通常為含有因氧化還原而發生價態變化的金屬離子作為活性物質的溶液。代表性的是，采用鐵(Fe)離子作為正極活性物質并且采用鉻(Cr)離子作為負極活性物質的Fe-Cr基RF電池、采用釩(V)離子作為兩個電極的活性物質的V基RF電池(參考專利文獻1)。

專利文獻1公開了采用錳(Mn)離子作為正極活性物質并且采用例如鈦(Ti)離子作為負極活性物質的Mn-Ti基RF電池。Mn-Ti基RF電池的優點在于，其提供了比現有的V基RF電池高的電動勢，并且用于正極活性物質的原料比較便宜。另外，專利文獻1公開了，既含有錳離子又含有鈦離子的正極電解液能夠抑制氧化錳(MnO₂)的產生，使得Mn²⁺/Mn³⁺反應穩定地進行。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2011/111254號

發明內容

技術問題

在這樣的采用含有錳離子的溶液作為正極電解液的氧化還原液流電池中，期望進一步抑制氧化錳(MnO₂)的析出。

如上所述，在Mn-Ti基RF電池中，向正極電解液中添加鈦離子能夠抑制氧化錳(MnO₂)的產生。然而，即使是這樣的既含有錳離子又含有鈦離子的正極電解液，經長期重復使用后，也可以導致MnO₂的產生。換句話說，MnO₂可以隨時間推移而產生。例如，在正極電解液處于高充電狀態(SOC)的條件下保持待機狀態的運行的情況下，MnO₂可能隨時間推移而產生。當為了提高能量密度而提高正極電解液中的錳離子濃度時，特別是將錳離子濃度設定為例如0.8M以上、或進一步為1M以上時，會進一步促進MnO₂的析出。MnO₂的析出導致正極活性物質的量減少，這造成諸如能量密度降低的電池性能的劣化。另外，析出的MnO₂可能附著于例如電極或管道，這可能造成電解液的流動阻力增大。

本發明是鑒于上述情況而做出的。本發明的目的是提供能夠抑制正極電解液中的氧化錳的析出的氧化還原液流電池。