[發明專利]一種中性鋰溴液流電池

有效

• 申請號: 201811535808.4
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN111326778B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 李先鋒;王懷清;張華民
• 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;H01M4/90;H01M4/96
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發明涉及一種中性鋰溴液流電池。中性鋰溴液流電池為單液流電池或雙液流電池，正、負極電解液相同，均為含堿金屬離子鹽、含溴離子的鹽、溴基絡合劑和支持電解質的水溶液，負極活性物質為磷酸鈦鈣或磷酸鈦鎂材料；正極活性物質為溴離子和溴絡合物組成的電對，隔膜為多孔離子傳導膜。該液流電池具有高功率、高電壓、高循環穩定性、安全環保，價格便宜的優勢，在電化學儲能電池技術中具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，特別涉及一種中性鋰溴液流電池。

技術背景

大規模儲能技術是實現可再生能源高效利用的關鍵。水系堿金屬離子混合液流電池是將離子脫嵌型電極材料與其他反應機理的電極材料結合起來組成的混合型水系電池，可以綜合兩種及其以上類別電極材料各自的優勢，有利于提高水系電池的循環穩定性、能量密度和功率密度，實現其在大規模儲能技術中的應用。例如，在水溶液中，大部分離子脫嵌型正極材料耐酸堿性差、結構穩定性低，可逆比容量低，工作電壓低，極大地限制了水系堿金屬離子電池的循環穩定性和能量密度。而具有電化學反應活性的電對，如溴基電對、鐵基電對、釩基電對等，在強酸或強堿溶液中都具有高電化學反應活性，通過液流電池的形式可實現其電化學能與化學能的轉換。溴基電對在酸性和中性溶液中具有高工作電壓，高比容量，高電化學反應活性，已被廣泛用于鋅溴電池，如鋅溴單液流電池或雙液流電池。然而在鋅溴電池中，鋅的不均勻沉積、鋅脫落、枝晶問題等極大了降低了電池的可靠性。用高穩定性、體積變化小的離子脫嵌型負極代替鋅負極，組成溴/堿金屬離子混合電池有利于充分利用溴正極的優勢，同時提高電池的循環穩定性。聚陰離子結構的材料，如磷酸鈦鈉(NaTi₂(PO₄)₃)、磷酸鈦鋰(LiTi₂(PO₄)₃)等，具有三維的離子傳輸通道及較低的負極工作電壓，是目前研究較多的離子脫嵌型負極材料。然而其離子通道中的M₁位點的支撐離子為Na⁺或Li⁺，離子半徑小，且Na⁺或Li⁺脫嵌反應過程中，發生M₁和M₂位點重排，降低其長循環過程中的穩定性。用離子半徑大，且強極性的Ga²⁺或Mg²⁺做M₁位點的支撐離子，將有利于增強離子通道的穩定性，同時擴大離子通道，更有利于Na⁺或Li⁺的快速脫嵌。用新型高穩定性、體積變化小的聚陰離子化合物磷酸鈦鎂(Mg_0.5Ti₂(PO₄)₃)或磷酸鈦鈣(Ga_0.5Ti₂(PO₄)₃)代替鋅負極或磷酸鈦鈉(NaTi₂(PO₄)₃)、磷酸鈦鋰(LiTi₂(PO₄)₃)負極，組成溴/堿金屬離子混合電池具有更高的循環穩定性。同時，采用多孔離子傳導膜與溴基絡合劑結合方法可以有效地抑制溴的飛梭，避免了昂貴的選擇性離子傳導膜(Nafion)的使用，進一步降低了溴/堿金屬離子混合電池的成本。

發明內容

針對上述技術背景，本發明提出一種用磷酸鈦鈣或磷酸鈦鎂材料做負極活性物質的中性鋰溴液流電池(也稱為水系溴/堿金屬離子混合液流電池)，包括負極活性物質為磷酸鈦鈣或磷酸鈦鎂材料；正極活性物質為溴離子/溴絡合物組成的電對，隔膜為多孔離子傳導膜。水系溴/堿金屬離子混合液流電池為正極單液流電池或正負極雙液流電池，電池包括一節單電池或二節以上單電池串/并聯而成的電堆。單電池包括正極集流體、正極、隔膜、負極、負極集流體，正、負極電解液相同，均為含堿金屬離子鹽、含溴離子的鹽、溴基絡合劑、支持電解質的水溶液。