[發明專利]氧化還原液流電池的運行方法和氧化還原液流電池系統

在審

• 申請號: 201580070520.2
• 申請日: 2015-12-07
• 公開（公告）號: CN107112570A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 董雍容;宮脅秀旗
• 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;H01M8/04186
• 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

技術領域

本發明涉及將含有錳離子的溶液用作正極電解液的氧化還原液流電池系統，和氧化還原液流電池的運行方法。更具體地，本發明涉及可以長期抑制正極電解液中的二氧化錳的析出的氧化還原液流電池的運行方法，和氧化還原液流電池系統。

背景技術

近年來，隨著電力短缺的加劇，諸如風力發電和太陽能光伏發電的自然能源的快速引入和電力系統的穩定化(例如頻率和電壓的維持)已經成為全球性要解決的問題。作為解決該問題的措施之一，安裝大容量蓄電池以實現例如輸出變化的平滑化、過剩電力的儲存和負載的均衡化已受到關注。

一種大容量蓄電池是氧化還原液流電池(在下文中也可以被稱為“RF電池”)。RF電池具有以下特點，例如：(i)容量容易增加至兆瓦級(MW級)，(ii)使用壽命長，(iii)準確監測電池的充電狀態(SOC)的能力，以及(iv)高的設計自由度，使得可以獨立地設計電池輸出和電池容量，并且預期是最適合的作為電力系統的穩定化用途的蓄電池。

RF電池主要包括電池單元，所述電池單元包括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，構建RF電池系統，所述系統包括RF電池和用于將電解液循環供應到RF電池的循環機構。所述循環機構通常包括儲存正極電解液的正極槽、儲存負極電解液的負極槽以及將所述兩個電極槽與RF電池連接的管道。

通常將含有價態因氧化還原而變化的作為活性物質的金屬離子的溶液用作各電極的電解液。代表性例子包括將鐵(Fe)離子用作正極活性物質且將鉻(Cr)離子用作負極活性物質的Fe-Cr基RF電池，以及將釩(V)離子用作兩個電極的活性物質的V基RF電池(參考專利文獻1的說明書中的段落0003)。

專利文獻1公開了Mn-Ti基RF電池，其中將錳(Mn)離子用作正極活性物質，并且將鈦(Ti)離子等用作負極活性物質。Mn-Ti基RF電池的優點在于：它能夠產生比現有的V基RF電池高的電動勢，并且用于正極活性物質的材料相對廉價。此外，專利文獻1公開了通過在正極電解液中除了錳離子之外還含有鈦離子，可以抑制二氧化錳(MnO₂)的產生，并且能夠穩定地進行Mn²⁺/Mn³⁺反應。

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

對于將含有錳離子的溶液用作正極電解液的氧化還原液流電池，期望長期抑制二氧化錳(MnO₂)的析出。

如上所述，在Mn-Ti基RF電池中，通過向正極電解液添加鈦離子，能夠抑制二氧化錳(MnO₂)的產生。然而，即使在除了錳離子之外還含有鈦離子的正極電解液中，當電池被長時間重復使用時，也能夠產生MnO₂。也就是說，MnO₂能夠隨時間推移而產生。例如，當電池在正極電解液處于高充電狀態(SOC)的待機模式下運行時，在某些情況下MnO₂可能隨時間推移而產生。當MnO₂析出時，正極活性物質的量減少，導致諸如能量密度降低的電池特性的劣化。

本發明是在上述情況下完成的。本發明的目的是提供可以長期抑制正極電解液中的二氧化錳的析出的氧化還原液流電池系統，以及提供氧化還原液流電池的運行方法。

技術方案

本發明的實施方式的氧化還原液流電池的運行方法涉及通過將正極槽中的正極電解液循環供應到正極并將負極槽中的負極電解液循環供應到負極來進行充放電的氧化還原液流電池的運行。

所述正極電解液含有錳離子和添加金屬離子。

所述負極電解液含有選自由鈦離子、釩離子和鉻離子構成的組中的至少一種金屬離子。

所述添加金屬離子是選自由鎘離子、錫離子、銻離子、鉛離子和鉍離子構成的組中的至少一種。

所述氧化還原液流電池的運行方法包括溶解步驟，在所述溶解步驟中，當在所述負極電解液的循環通路中含有通過已經從所述正極電解液移動到所述負極電解液的循環通路的所述添加金屬離子的還原而形成的金屬析出物時，將所述金屬析出物在所述正極電解液中溶解并電離。

本發明的實施方式的氧化還原液流電池系統包含：包括正極、負極和置于所述兩個電極之間的隔膜的電池單元，儲存要循環供應到所述正極的正極電解液的正極槽，以及儲存要循環供應到所述負極的負極電解液的負極槽。