CN201514973U - 一种液流电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及液流电池领域，特别涉及一种新型液流电池：钒/锡电池，该电池可应用于大规模的储能系统。该液流电池的单电池主要设有正极、正极储液罐、负极、负极储液罐，正、负极由隔膜隔开，正极储液罐内装有正极电解液，正极电解液为含钒的酸性溶液，正极储液罐通过管道经由液泵接入正极构成回路；负极储液罐内装有负极电解液，负极为含锡的酸性溶液，负极储液罐通过管道经由液泵接入负极构成回路。在充放电过程中，正负极电解液在液泵推动下分别将电解液泵入电池内，保证电解液在储液罐和电池之间不断流动。本实用新型液流电池提高了电池电动势，克服电池比能量低的缺点，具有制造工艺简单、成本低、循环寿命高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及液流电池领域，特别涉及一种新型液流电池：钒/锡电池，该电池可应用于大规模的储能系统。
背景技术
氧化还原液流电池是一种将能量储存于溶液中的电化学系统，该电化学系统的容量由电解液存储体积及电解液浓度决定，而电池功率由电堆大小决定。液流电池的突出优点主要有：寿命长，可靠性高，无污染排放和噪音，建设周期短，运行和维持费较低，是一种高效的大规模储存电能装置。
1982年D-G.Oei提出用SnCl2作液流电池负极活性物质，V2O5作为液流电池的正极活性物质，研究了电池的一些性能变化。但是由于V2O5微溶于水，在酸性溶液中的溶解度较小，导致电解液浓度较低，电池比能量受到电解液浓度的限制。同时，正极电极反应VO2 +/VO2+标准电极电势是1.00V，负极电极反应Sn4+/Sn2+标准电极电势是0.154V，组成电池电动势是0.846V。
实用新型内容
本实用新型的目在于提出一种新型液流电池：钒/锡电池，该液流电池正极活性物质发生的电极反应VO2 +/VO2+，负极活性物质发生的电极反应为Sn2+/Sn，因为Sn2+/Sn标准电极电势是-0.136V，组成电池的电动势为1.136V，提高了电池电动势。同时，正极活性物质采用溶解度较大的四价钒V(IV)化合物，克服电池比能量低的缺点。另外，作为电极活性物质的锡化合物对环境没有污染且含量丰富，成本较低。
本实用新型的技术方案如下：
一种新型液流电池：钒/锡电池，该液流电池的单电池主要设有正极、正极储液罐、负极、负极储液罐，正、负极由隔膜隔开，正极储液罐内装有正极电解液，正极电解液为含钒的酸性溶液，正极储液罐通过管道经由液泵接入正极构成回路；负极储液罐内装有负极电解液，负极为含锡的酸性溶液，负极储液罐通过管道经由液泵接入负极构成回路。在充放电过程中，正负极电解液在液泵推动下分别将电解液泵入电池内，保证电解液在储液罐和电池之间不断流动。
含锡的酸性溶液中，主要是以氧化亚锡、氢氧化亚锡、氯化亚锡、硫化亚锡、焦磷酸亚锡、硫酸亚锡、烷基磺酸亚锡或氟化亚锡作为单电池的负极活性物质，负极活性物质水溶液的浓度范围为0.01mol/L～2mol/L。
含钒的酸性溶液中，主要是以二氧化钒或硫酸氧钒作为单电池的正极活性物质，正极活性物质水溶液的浓度范围为0.01mol/L～4mol/L。
电解液是酸性电解液，该电解液中酸的主要成分是以下一种或一种以上：硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、碳酸，电解液的浓度范围为0.1mol/L～5mol/L。
隔膜可以防止正负极电解液的交叉污染，同时又可以通过质子，隔膜可以采用常规的阳离子交换膜。
本实用新型中，单电池正负极电极材料为常规的多孔状碳毡类材料，如石墨毡、炭布、复合炭毡或碳纤维复合材料。
本实用新型的优点：
1、本实用新型以四价钒化合物为液流电池正极活性物质，二价锡为液流电池负极活性物质，电池经充放电测试，具有循环寿命长，可深度放电的优点，电池效率比同样条件下的全钒液流电池效率高。
2、本实用新型中液流电池负极活性物质为二价锡化合物，二价锡化合物在发生氧化还原反应中转移两个电子，电池比容量比转移一个电子高。同时，锡化合物是一种环境友好性物质且价格低廉，不会对环境造成污染，完全符合液流电池绿色环保的特征。
3、本实用新型液流电池具有制造工艺简单、成本低、循环寿命高等优点。
附图说明
图1为本实用新型单电池结构图。
图2为本实用新型单电池系统示意图。
图1-图2中，1双极板I；2电极I；3电极框I；4隔膜；5电极框II；6双极板II；7单电池；8储液罐I；9泵I；10正极；11负极；12电极II；13泵II；14储液罐II。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型液流电池的单电池7主要包括：双极板I 1、电极I 2、电极框I 3、隔膜4、电极框II 5、双极板II 6等，电极I 2和电极II分别安装于电极框I 3和电极框II 5内，电极框I 3和电极框II 5内侧通过隔膜4隔开，电极框I 3和电极框II 5外侧分别安装双极板I 1和双极板II 6。本实用新型中，单电池正、负极双极板为常规的导电复合材料、导电碳板或金属板。
如图2所示，本实用新型液流电池的单电池系统主要包括电极I 2、隔膜4、储液罐I 8、泵I 9、正极10、负极11、电极II 12、泵II 13、储液罐II 14等，具体结构如下：
储液罐I 8为正极储液罐，储液罐I 8出口端通过管路与正极10底部连通，在该管路上设有泵I 9，储液罐I 8入口端通过管路与正极10顶部连通，在储液罐I 8内装有正极电解液，正极电解液为含钒的酸性溶液，储液罐I 8通过管道经由液泵接入电池内部构成回路，在储液罐I 8内发生的电极反应为VO2 ++2H++e→VO2++H2O；
储液罐II 14为负极储液罐，储液罐II 14出口端通过管路与负极11底部连通，在该管路上设有泵II 13，储液罐II 14入口端通过管路与负极11顶部连通，在储液罐II 14内装有负极电解液，负极为含锡的酸性溶液，储液罐II 14通过管道经由液泵接入电池内部构成回路，在储液罐II 14内发生的电极反应为Sn2++2e→Sn；
正极10与负极11内分别装有电极I 2、电极II 12，正极10与负极11之间通过隔膜4隔开，在充放电过程中，正、负极电解液在液泵推动下分别将电解液泵入电池内，保证电解液在储液罐和电池之间不断流动；本实用新型中，多组单电池可串联成电堆。
实施例1
向单电池负极储液罐中加入1mol/L二价锡离子(氧化亚锡)和2mol/L硫酸电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入2mol/L四价钒离子(硫酸氧钒)和2mol/L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对电池进行充放电测试。其中，充放电电流密度为50mA/cm2，充电电压为1.5V，放电电压为1.1V。经过多次充放电测试，平均电压效率为在88％，平均库仑效率94.85％，平均能量效率83.24％。高于同样条件下全钒液流电池的效率。
实施例2
向单电池负极储液罐中加入1mol/L二价锡离子(氢氧化亚锡)和2mol/L硫酸电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入2mol/L四价钒离子(硫酸氧钒)和2mol/L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对电池进行充放电测试。其中，充放电电流密度为100mA/cm2，充电电压为1.5V，放电电压为1.1V。经过多次充放电测试，平均电压效率为在83.7％，平均库仑效率94.4％，平均能量效率79.1％。
实施例3
向单电池负极储液罐中加入1mol/L二价锡离子(氯化亚锡)和2mol/L硫酸电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入2mol/L四价钒离子(二氧化钒)和2mol/L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对电池进行充放电测试。其中，充放电电流密度为160mA/cm2，充电电压为1.5V，放电电压为1.1V。经过多次充放电测试，平均电压效率为在75.6％，平均库仑效率92.5％，平均能量效率69.9％。
实施例4
向单电池负极储液罐中加入0.5mol/L二价锡离子(硫化亚锡)和2.5mol/L硫酸电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入1mol/L四价钒离子(硫酸氧钒)和2.5mol/L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对电池进行充放电测试。其中，充放电电流密度为50mA/cm2，充电电压为1.5V，放电电压为1.1V。经过多次充放电测试，平均电压效率为在87.8％，平均库仑效率95.7％，平均能量效率84.1％。
实施例5
向单电池负极储液罐中加入0.5mol/L二价锡离子(焦磷酸亚锡)和2.5mol/L硫酸电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入1mol/L四价钒离子(二氧化钒)和2.5mol/L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对电池进行充放电测试。其中，充放电电流密度为100mA/cm2，充电电压为1.5V，放电电压为1.1V。经过多次充放电测试，平均电压效率为在85.2％，平均库仑效率92.6％，平均能量效率78.9％。
实施例6
向单电池负极储液罐中加入0.5mol/L二价锡离子(硫酸亚锡)和2.5mol/L硫酸电解液作为负极电解液，向单电池正极储液罐中加入1mol/L四价钒离子(硫酸氧钒)和2.5mol/L硫酸电解液作为正极电解液。石墨毡为电极材料，阳离子交换膜为隔膜，对电池进行充放电测试。其中，充放电电流密度为160mA/cm2，充电电压为1.5V，放电电压为1.1V。经过多次充放电测试，平均电压效率为在77.5％，平均库仑效率92.1％，平均能量效率71.4％。
Claims (3)
1.一种液流电池，其特征在于，该液流电池的单电池主要设有正极、正极储液罐、负极、负极储液罐，正、负极由隔膜隔开，正极储液罐内装有正极电解液，正极电解液为含钒的酸性溶液，正极储液罐通过管道经由液泵接入正极构成回路；负极储液罐内装有负极电解液，负极为含锡的酸性溶液，负极储液罐通过管道经由液泵接入负极构成回路。
2.按照权利要求1所述的液流电池，其特征在于，多组单电池串联成电堆。
3.按照权利要求1所述的液流电池，其特征在于，隔膜采用阳离子交换膜。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100623 Termination date: 20150827 |
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