[實用新型]一種鐵基氧化還原液流電池系統

有效

• 申請號: 201721814054.7
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN207690927U
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 張加贏;張潮海;劉明偉
• 申請（專利權）人: 河北地標電力科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0444
• 分類號: H01M8/0444;H01M8/04791;H01M8/18
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

本實用新型揭示了一種鐵基氧化還原液流電池系統，包括電鍍電極、氧化還原電極、電鍍電解質儲罐、氧化還原電解質儲罐、第一反應器、第二反應器、控制系統、監測裝置；所述電鍍電解質儲罐用以儲存電鍍電解液，所述氧化還原電解質儲罐用以儲存氧化還原電解液；所述氧化還原電極將流體耦合到氧化還原電解質儲罐，所述電鍍電極將流體耦合到電鍍電解質儲罐；所述電鍍電解質儲罐通過第一輸送管路連接第一反應器，氧化還原電解質儲罐通過第二輸送管路連接第二反應器；所述控制系統連接監測裝置。本實用新型提出的鐵基氧化還原液流電池系統，可提升電池系統的性能、提高電池系統的效率。

技術領域

本實用新型屬于電池技術領域，涉及一種電池系統，尤其涉及一種鐵基氧化還原液流電池系統。

背景技術

氧化還原液流電池是一種電化學存儲裝置，它將能量儲存在一種化學物質中，通過自發的反氧化還原反應將儲存的化學能轉化為電能。液流電池中的反應是可逆的，反過來說，分配的化學能可以通過誘導反向氧化還原反應的電流來恢復。單個氧化還原液流電池一般包括負極、膜阻擋層、正極和含有電活性材料的電解質。多個電池可以串聯或并聯，以便在流電池中產生更高的電壓或電流。電解質通常儲存在外部容器中，并通過電池的兩側進行泵送。當施加電荷電流時，電解質在正極失去電子，并在負極上獲得電子。膜屏障防止正極電解質和負電解質混合，同時允許離子導電。當施加放電電流時，電極上發生反向氧化還原反應。電池中的電位差是由電解質中的氧化還原反應維持的，并且在反應持續時能通過導體感應電流。氧化還原電池儲存的能量受電解質中可供放電的電活性物質數量的限制，這取決于電解質的總體積和電活性材料的溶解度。

混合液流電池是由一個或多個電活性材料沉積在電極上的固體層來區分的。例如，混合液流電池可以包括一種化學物質，它在整個充電過程中在基板上作為固體，其排出的物質可在整個放電過程中被電解液溶解。在混合液流電池系統中，氧化還原電池儲存的能量可能受到充電過程中鍍金屬量的限制，因此可能取決于電鍍系統的效率，以及可用的體積和表面積。

在混合液流電池系統中，負極可以稱為電鍍電極，正極可以稱為氧化還原電極。電池電鍍側的電解液可以稱為電鍍電解質，電池氧化還原側的電解質可以稱為氧化還原電解質。

混合式氧化還原液流電池的一個例子是鐵作為反應的電解液，負極上的Fe²⁺在充電過程中接收兩個電子，以金屬鐵的形式沉積，而鐵在放電過程中失去兩個電子并重新溶解為Fe²⁺。在正極上，兩個Fe²⁺在充電過程中失去兩個電子形成兩個Fe³⁺，在放電過程中，兩個Fe³⁺獲得兩個電子形成兩個Fe²⁺：

用于此反應的電解質是現成的，可以在低成本進行生產(如氯化亞鐵)。它同樣具有很高的回收價值，因為相同的電解質可用于電鍍電解質和氧化還原電解質，從而消除交叉污染的可能性。與混合氧化還原流電池中使用的其他化合物不同，鐵在電鍍過程中不形成樹突，從而提供穩定的電極形態。此外，鐵氧化還原流電池不需要使用有毒原料，在相對中性的pH下工作，與類似的氧化還原流電池電解質不同。因此，它是目前生產的所有先進電池系統中對環境危害最小的產品。

然而，上述系統的缺點限制了它在商業應用中的實用性。這些缺點之一是由于這些負極和氧化還原電解質趨于穩定的pH值范圍不同，導致這些電池的循環性能和效率低下。為了減少鐵的腐蝕反應并提高鍍鐵效率，鍍鐵反應需要3～4的pH值。然而，亞鐵離子和鐵離子氧化還原反應所需的pH值小于1，以促進氧化還原反應動力學，并盡量減少氫氧化物的生成。

分離電解質的膜屏障的濃度梯度會引起電解質的交叉。從氧化還原側(酸性較強)到電鍍側(酸性較低)的Fe³⁺污染會導致Fe(OH)₃的沉淀物的形成。這種沉淀物會破壞離子交換膜的有機官能團，或堵塞微孔膜的微孔。在這兩種情況下，薄膜歐姆電阻隨著時間的推移而上升，電池性能下降。