[發(fā)明專利]一種堿性鋅鐵液流電池電解液在線恢復(fù)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010001247.0
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN113067025B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李先鋒;袁治章;段寅琦;張華民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所;金尚新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M8/04276;H01M8/04664
• 代理公司: 北京元周律知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 張梅娟

本發(fā)明公開了一種堿性鋅鐵液流電池電解液在線恢復(fù)方法，當(dāng)電池達(dá)到預(yù)設(shè)放電時(shí)間后，將正極電解液儲存裝置的進(jìn)液管路和出液管路分別與電池負(fù)極連通，將負(fù)極電解液儲存裝置的進(jìn)液管路和出液管路分別與電池正極連通，正極電解液在正極電解液儲存裝置與電池負(fù)極之間循環(huán)流動，負(fù)極電解液在負(fù)極電解液儲存裝置與電池正極之間循環(huán)流動，從而實(shí)現(xiàn)電解液的在線恢復(fù)。本發(fā)明方法可同時(shí)恢復(fù)堿性鋅鐵液流電池單電池或電池組在放電末期正極累積的鐵鹽和負(fù)極電極上累積的金屬鋅，實(shí)現(xiàn)堿性鋅鐵液流電池或電池組電解液重復(fù)利用和回收，提高了堿性鋅鐵液流電池電池組或系統(tǒng)的運(yùn)行壽命。且操作方法簡單，無需引入其他雜質(zhì)離子。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于液流電池儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種堿性鋅鐵液流電池電解液在線恢復(fù)方法。

背景技術(shù)

堿性鋅鐵液流電池是一種低成本、高效率、環(huán)境友好的液流儲能電池，具有開路電壓高和效率高、裝置簡單易操縱、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于分布式儲能、電網(wǎng)調(diào)峰、風(fēng)能和太陽能等可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域。

堿性鋅鐵液流電池由于使用堿作為正負(fù)極支持電解質(zhì)，電池充電過程中，負(fù)極鋅酸鹽在電極上沉積為金屬鋅。鋅酸鹽在堿性體系下沉積形貌層多孔結(jié)構(gòu)，沉積的金屬鋅與電極結(jié)合力較弱，易從電極上脫落；此外，堿性鋅鐵液流電池在放電過程中存在金屬鋅的累積問題。堿性鋅鐵液流電池電池組由多個(gè)單電池串并聯(lián)而成，負(fù)極電極上脫落的金屬鋅容易隨機(jī)被沖到電極框的流道內(nèi)部，導(dǎo)致流道堵塞，嚴(yán)重影響電池的使用壽命；另一方面，從電極上脫落的金屬鋅使得負(fù)極活性物質(zhì)的量減少，與負(fù)極所匹配的正極活性物質(zhì)在放電階段無法被利用，導(dǎo)致正極活性物質(zhì)——鐵鹽，在放電末期容易累積。隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行，正極累積的鐵鹽濃度逐漸升高、負(fù)極脫落的金屬鋅堵塞流道，導(dǎo)致電池容量逐漸降低、使用壽命大幅下降；同時(shí)使得電池在充電過程中，正極亞鐵鹽濃度逐漸降低。而濃度逐漸降低的亞鐵鹽使得電池在充電過程中，電池濃差極化增大，最終導(dǎo)致電池效率的衰減，制約了堿性鋅鐵液流電池的實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中，通常向正極電解液中加入還原劑，如硫酸羥胺、鹽酸羥胺等，可有效將正極累積的鐵鹽還原為亞鐵鹽，但還原劑的加入會引入氯離子、硫酸根離子等雜質(zhì)離子，有可能會影響電池或電池組的電化學(xué)性能；并且，向正極電解液中加入還原劑僅僅可以恢復(fù)正極電解液，對于負(fù)極電極上累積的金屬鋅、和金屬鋅脫落帶來的負(fù)極流道堵塞的問題仍然無法解決。

部分電池采用正負(fù)極電解液互混的方式實(shí)現(xiàn)電解液恢復(fù)，比如全釩液流電池、鋅溴液流電池等。但是與全釩液流電池、鋅溴液流電池電解液不同的是，堿性鋅鐵液流電池由于正負(fù)極電解液組分不同，通過外部電解液互混將會降低兩側(cè)電解液活性物質(zhì)濃度，從而使得電池或系統(tǒng)的容量/能量密度降低（由于全釩液流電池或鋅溴液流電池正負(fù)極活性組分是同一種物質(zhì)（或同一元素），這類電池的電解液恢復(fù)可以通過外部儲罐電解液的隨意互混達(dá)到目的；或通過外部儲罐電解液的隨意互混，再泵入電池或電堆內(nèi)部達(dá)到恢復(fù)的目的；同時(shí)不會降低電池或系統(tǒng)容量/能量密度）。因此，常規(guī)的正負(fù)極電解液互混的方式，并不適用于堿性鋅鐵液流電池電解液的恢復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種堿性鋅鐵液流電池電解液在線恢復(fù)方法，同時(shí)解決了電池或電池組運(yùn)行過程中，正極電解液中鐵鹽的累積、負(fù)極電極上金屬鋅的累積及脫落的金屬鋅堵塞流道的問題，實(shí)現(xiàn)了堿性鋅鐵液流電池或電池組電解液重復(fù)利用和回收，提高了堿性鋅鐵液流電池或電池組的運(yùn)行壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種堿性鋅鐵液流電池電解液在線恢復(fù)方法，當(dāng)電池達(dá)到預(yù)設(shè)放電時(shí)間后，將正極電解液儲存裝置的進(jìn)液管路和出液管路分別與電池負(fù)極連通，將負(fù)極電解液儲存裝置的進(jìn)液管路和出液管路分別與電池正極連通，正極電解液在正極電解液儲存裝置與電池負(fù)極之間循環(huán)流動，負(fù)極電解液在負(fù)極電解液儲存裝置與電池正極之間循環(huán)流動，從而實(shí)現(xiàn)電解液的在線恢復(fù)。

優(yōu)選地，正極電解液中累積有鐵鹽；

電池負(fù)極累積有金屬鋅；