專利名稱：高能靜態(tài)釩電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能裝置。特別是涉及一種高儲(chǔ)能量靜態(tài)釩電池。與一般液流釩電池比，它具有比能量高，不用單獨(dú)設(shè)置正極、負(fù)極電解液罐。從而體積小，結(jié)構(gòu)簡單。
背景技術(shù)：
液流釩電池在大型儲(chǔ)能裝置上的應(yīng)用已被認(rèn)可。其設(shè)計(jì)上的一大特點(diǎn)是電解液儲(chǔ)存在正負(fù)電解液罐中，再由泵打入電極板組件中。大型儲(chǔ)能釩電池之所以要如此設(shè)計(jì)，是因?yàn)殁C離子在電解液中的濃度有一定的限制，超過一定的濃度極限，五價(jià)及二價(jià)釩離子都會(huì)沉淀或析出。所以液流釩電池，釩離子在電解液中的濃度一般都不超過2摩爾/升。在這樣低的濃度下，為了提高能量，只有用加大液體罐中的電解液的量來實(shí)現(xiàn)，從而形成電解液罐與電極組件分體，再由泵將電解液打入電極板組件中。當(dāng)然，用泵把電解液打入極板組件中也可使釩離子充分與極板接觸，然后迅速離開以增加釩離子的擴(kuò)散速度和活度。所以液流釩電池也被稱為“釩液流動(dòng)力電池”即動(dòng)態(tài)釩電池。雖然，可用加大液體罐來儲(chǔ)存更高的能量，但對一些小型儲(chǔ)能裝置，特別是移動(dòng)工具及車輛所需的儲(chǔ)能裝置，卻極不方便，以致十多年來，釩電池向大型儲(chǔ)能裝置發(fā)展如幾百千瓦級(jí)、甚至兆瓦級(jí)儲(chǔ)能裝置。
隨著電動(dòng)車輛及移動(dòng)工具的發(fā)展，對可移動(dòng)能源的需要越來越大。雖然大量鉛酸電池被選用，但鉛酸電池重量大、比能量低、不能深度放電、充電時(shí)間過長等缺點(diǎn)遠(yuǎn)不能滿足移動(dòng)能源的需求。另一方面，社會(huì)的發(fā)展使人類對環(huán)保提出更高的要求，重金屬鉛的污染是不可忽視的。雖然，鎳氫電池、鋰離子電池在移動(dòng)能源上逐漸被采用，但由于價(jià)格高等其它原因，也受到一定的限制。
中國占有世界上60％以上的釩的儲(chǔ)量，而且從白煤及釩鈦磁鐵礦中就可制得釩，成本比世界其他國家要低得多。并且，釩電池是一種氧化還原電池，是靠得電子、失電子來完成充、放電的，從生產(chǎn)、使用到回收，沒有公害，符合環(huán)保原則。在中國，大力開發(fā)新型，特別是比能量高、結(jié)構(gòu)簡單、適用于移動(dòng)能源的釩電池是有深遠(yuǎn)意義的。
要把釩電池用于移動(dòng)能源上，首要問題是提高釩電池的比能量，即提高釩離子在電解液中的濃度。則要找到一種使五價(jià)及二價(jià)釩離子超過濃度極限仍不析出的方法。也要設(shè)計(jì)一種適用和簡單的電池結(jié)構(gòu)。經(jīng)反復(fù)研制，我們找到了一種方法。也設(shè)計(jì)了一種適用和簡單的電池結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
1.一種制造高能靜態(tài)釩電池的方法。一種使五價(jià)、二價(jià)釩離子在電解液中超過極限濃度(約大于24摩爾/升)不會(huì)沉淀或析出的方法，具體說亦即在電解液中加入一些可使釩離子在電解液中超過極限濃度而不沉淀或析出的物質(zhì)，包括有機(jī)物或無機(jī)物、液體或固體。這些物質(zhì)包括
(1)乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇、水合肼、丙酮、酒石酸、磺酸、硫酸、磷酸、草酸；(2)檸檬酸銨、草酸銨、磷酸銨、硫酸銨、硫酸鈉、硅酸鈉、硅酸鋁；(3)羧甲基纖維素、木質(zhì)素、殼聚糖、果糖、明膠、硅膠、聚酰胺；2.防止釩離子超過濃度極限而不沉淀或析出的物質(zhì)是由以上(1)、(2)、(3)類中至少兩種或多種選擇組合而成。以下稱這類組合物為穩(wěn)定劑。
3.這類穩(wěn)定劑添加在正極電解液和負(fù)極電解液中，可以是同樣的組合，也可以是不同的組合。
4.這類穩(wěn)定劑加入釩離子電解液中的量為0.05％到20％；5.根據(jù)需要，這類穩(wěn)定劑可使釩電解液保持液態(tài)，也可使釩電解液形成膠體，但都可防止釩離子在超過極限濃度時(shí)不沉淀或析出。
6.這類穩(wěn)定劑適用于釩離子電解液濃度為2摩爾/升，到6摩爾/升。
7.這類穩(wěn)定劑的加入量可隨釩離子摩爾濃度不同而增減；8.為使高能靜態(tài)釩電池具有高的活性，我們設(shè)置了一種活性添加劑，由雙蒸餾水調(diào)制而成。這種活性添加劑的量不超過電解液總量的1％。


高能靜態(tài)釩電池的結(jié)構(gòu)較簡單。說明書附圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖1為矩形結(jié)構(gòu)，其中1外殼、2碳素正極板、3復(fù)合生物隔膜、4碳塑負(fù)極板、5正極電解液、6負(fù)極電解液，7隔板。圖2為園柱形結(jié)構(gòu)，其中1外殼、2碳素正極圈、3復(fù)合生物隔膜、4碳塑負(fù)極圈、5正極電解液、6負(fù)極電解液。
具體實(shí)施例方式
1.先制備好2.8摩爾/升的四價(jià)釩離子電解液(正極電解液)及三價(jià)釩離子電解液(負(fù)極電解液)，分別放入高能靜態(tài)釩電池正、負(fù)極中，再將酒石酸、乙二醇及水合肼組成的穩(wěn)定劑，按釩電解液總量的2％比例加入到正、負(fù)極電解液中，再加入0.5％的活化劑，進(jìn)行充電以達(dá)2.8摩爾/升五價(jià)釩離子及二價(jià)釩離子電解液。
2.先制備好4.5摩爾/升的四價(jià)釩離子電解液(正極電解液)及三價(jià)釩離子電解液(負(fù)極電解液)，分別放入高能靜態(tài)釩電池正、負(fù)極中，將由羧甲基纖維素、丙三醇、磷酸組成的穩(wěn)定劑，按釩離子電解液總量的5％比例加入釩離子電解液中，再加入0.9％的活化劑，混合均勻，靜止24小時(shí)，再進(jìn)行充電以達(dá)4.5摩爾/升五價(jià)釩離子及二價(jià)釩離子電解液。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明為不需外加電解液罐，不需要用泵將電解液打入電極組件中的高能靜態(tài)釩電池。
2.本高能靜態(tài)釩電池的電解液中，包含有使釩離子在較高濃度下不沉淀、不析出的穩(wěn)定劑及活化劑。該穩(wěn)定劑由下列物質(zhì)中兩種或多種組合而成。(1)乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇、水合肼、丙酮、酒石酸、磺酸、硫酸、磷酸、草酸；(2)檸檬酸銨、草酸銨、磷酸銨、硫酸銨、硫酸鈉、硅酸鈉、硅酸鋁；(3)羧甲基纖維素、木質(zhì)素、殼聚糖、果糖、明膠、硅膠、聚酰胺。穩(wěn)定劑的加入量為電解液總量的0.05％到20％。
3.本高能靜態(tài)釩電池的結(jié)構(gòu)有矩形結(jié)構(gòu)和圓柱形結(jié)構(gòu)。
4.本高能靜態(tài)釩電池適合在電動(dòng)車輛船舶、電動(dòng)工具、太陽能、風(fēng)力儲(chǔ)能及通訊儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高能靜態(tài)釩電池。其電解液可直接放入電極組件中，不需外加電解液罐，則不需要用泵將電解液打入電極組件中，故為靜態(tài)釩電池。本高能靜態(tài)釩電池的電解液中含高濃度釩離子穩(wěn)定劑和活化劑。本高能靜態(tài)釩電池結(jié)構(gòu)簡單，可做成矩形或圓柱形。本高能靜態(tài)釩電池具有比能量高、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、充電快、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。本高能靜態(tài)釩電池適用于各種移動(dòng)車輛船舶，如電動(dòng)自行車、電動(dòng)滑板車、電瓶車、電動(dòng)汽車，電動(dòng)船等。也適用于某些電動(dòng)工具，如電動(dòng)割草機(jī)等，更適用于太陽能、風(fēng)力儲(chǔ)能及通訊儲(chǔ)能裝置。
文檔編號(hào)H01G9/035GK1507103SQ02156229
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者肖玉璋, 肖侃 申請人:肖玉璋, 肖侃