專利名稱：長(zhǎng)壽命單液流電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液流電池，特別是一種單液流電池，屬于化學(xué)電
源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化還原液流電池 (Redox flow cell或 Redox flowbatteries)，簡(jiǎn)稱為液流電池，是一種新型的大型化學(xué)儲(chǔ)能的蓄電池。其技術(shù)核心是進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程的活性物質(zhì)存在于電解液中，單電池或半電池電極只是作為反應(yīng)的場(chǎng)所，而不是活性物質(zhì)儲(chǔ)存的地點(diǎn)。雙液流電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)分別存于不同的儲(chǔ)罐中，通過(guò)液泵各自循環(huán)，電池堆內(nèi)的正、負(fù)極電解液由離子交換膜隔開(kāi)。雙液流電池具有功率與容量分離、效率高、響應(yīng)快和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠用于大規(guī)模蓄電。雙液流電池為規(guī)模應(yīng)用可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能等，提供了一種規(guī)模儲(chǔ)能的選擇方案。目前，雙液流電池已經(jīng)研究和開(kāi)發(fā)了 Fe/Cr、全釩、Zn/Br2和多硫化物/Br2等電池體系。但是，雙液流電池需要使用價(jià)格昂貴離子交換膜，不僅提高了電池的成本，而且隔膜的使用引入了復(fù)雜結(jié)構(gòu)和穿透隔膜的物質(zhì)交叉污染，且比能量低。
為了克服雙液流電池存在的問(wèn)題，2004年P(guān)letcher教授提出了液流型鉛酸電池，只使用一種電解液，不需要離子交換膜，避免物質(zhì)交叉污染，稱為單液流電池。專利CN101127393A提出一種鋅鎳單液流電池，綜合鋅鎳電池和液流電池的優(yōu)點(diǎn)，將負(fù)極活性物質(zhì)鋅以鋅鹽溶液的形式存儲(chǔ)在電解液中。該種單液流電池由電堆、電解液、儲(chǔ)罐、液泵及管道組成。電池單體由鎳電極正極、沉積鋅的負(fù)極集流體和電解液構(gòu)成，其中電解液為含鋅的堿性溶液。其電極反應(yīng)為
負(fù)極 <formula>formula see original document page 3</formula>E0 - 0.4卯V
正極2NiOOH十2H20 + 2e- # 2M (OH)2 + 20ITE0 = -1.215V
在充放電過(guò)程中，電解液在液體泵推動(dòng)下通過(guò)管道在儲(chǔ)罐和電堆之間循環(huán)流動(dòng)。由于電解液的流動(dòng)增大了電極界面溶液中的物質(zhì)傳遞的速度，減小了濃差極化，降低了鋅枝晶的可能。
單液流電池只使用一種電解液，不需要離子交換膜，避免物質(zhì)交叉污染。此外，它還具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、效率高、能量密度高和循環(huán)壽命較高等優(yōu)點(diǎn)。但是，僅靠電解液的一維流動(dòng)，電極界面的物質(zhì)傳遞速度仍然不理想。因而難以很好消除濃差極化，在充電過(guò)程中仍然會(huì)引起負(fù)極的剌狀突起和枝晶生長(zhǎng)，造成電池短路或使活性物質(zhì)從電極上脫落，導(dǎo)致電池循環(huán)壽命縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有的單液流電池容易形成枝晶而
導(dǎo)致循環(huán)壽命縮短的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、能抑制枝晶生長(zhǎng)、
成倍增加充放電次數(shù)的長(zhǎng)壽命單液流電池。
本發(fā)明的長(zhǎng)壽命單液流電池，包括主要由多節(jié)電池單體連成的電池堆、電解液、儲(chǔ)液罐、液體泵和管道組成的單液流電池的基礎(chǔ)上，增設(shè)有超聲波發(fā)生器，所述超聲波發(fā)生器安裝在電池堆的電解液中。所述超聲波發(fā)生器至少為1個(gè)安裝在電池殼體內(nèi)的底部。上述超聲波發(fā)生器的電源端經(jīng)導(dǎo)線與外接電源連接。上述超聲波發(fā)生器的電源端也可與無(wú)線供電的非接觸式電源連接。
所述非接觸式電源主要由原、副邊完全分離的非接觸式變壓器組成，非接觸式變壓器的原邊線圈在電池殼體外與高頻電源連接，非接觸式變壓器的副邊線圈在電池殼體內(nèi)經(jīng)整流濾波電路與超聲波發(fā)生器的電源端連接。
4本發(fā)明的長(zhǎng)壽命單液流電池，由于在電池堆的電解液中增設(shè)有超 聲波發(fā)生器，可以在充電過(guò)程中利用外接電源產(chǎn)生超聲波，使電池內(nèi) 的電解液在液體泵作用下進(jìn)行一維流動(dòng)的同時(shí)，還在超聲波作用下產(chǎn) 生振動(dòng)，同時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡。所形成的小氣泡會(huì)隨周圍介質(zhì)的振 動(dòng)而不斷運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大或突然破滅，形成和達(dá)到湍流效果。因此，可以 極大增強(qiáng)電極界面?zhèn)髻|(zhì)效果，很好的消除濃差極化，防止枝晶形成。 同時(shí)，超聲波的機(jī)械作用，可使已經(jīng)形成的枝晶破碎，形成許多新的 晶核而細(xì)化晶粒，從而抑制枝晶生長(zhǎng)，可以提高單液流電池循環(huán)壽命
1 2倍。在電池放電過(guò)程中，關(guān)閉超聲波發(fā)生器，電堆內(nèi)的電解液 在液泵作用下循環(huán)流動(dòng)而正常供電。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主要是在各種單液 流電池的基礎(chǔ)上增設(shè)有超聲波發(fā)生器即可，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、能有 效抑制枝晶生長(zhǎng)、成倍增加充放電次數(shù)的長(zhǎng)壽命單液流電池?？蓮V泛 應(yīng)用于可再生能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能等的大規(guī)模儲(chǔ)能及電力、交通等其 它行業(yè)。


附圖1是本發(fā)明的長(zhǎng)壽命單液流電池的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是超聲波發(fā)生器用導(dǎo)線與外接電源連接的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3是超聲波發(fā)生器用非接觸式變壓器與外接電源連接的結(jié)
構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
附圖非限制性公開(kāi)了本發(fā)明的具體實(shí)施例，結(jié)合附圖作進(jìn)一步描 述如下。
附圖中的l是儲(chǔ)液罐；2是電解液；3是液泵；4是管道；5是 電池單體；6是電堆；7是電池殼體；8是正極端子；9是負(fù)極端子； IO是正極；ll是負(fù)極；12是一側(cè)為正極另一側(cè)為負(fù)極的雙極板；13 是超聲波發(fā)生器；14是正極導(dǎo)線；15是負(fù)極導(dǎo)線；16是高頻電源； 17是非接觸式變壓器原邊線圈；18是非接觸式變壓器副邊線圈，19 是整流濾波電路。參見(jiàn)附圖l，本發(fā)明的長(zhǎng)壽命單液流電池，其結(jié)構(gòu)包括主要由多
節(jié)電池單體5連成的電池堆6、電解液2、儲(chǔ)液罐l、液體泵3和管 道4組成的單液流電池，還包括有超聲波發(fā)生器13，所述超聲波發(fā) 生器13安裝在電池堆6的電解液中。所述超聲波發(fā)生器13至少為1 個(gè)安裝在電池殼體7內(nèi)的底部。
所述超聲波發(fā)生器13的電源端可經(jīng)導(dǎo)線與外接電源連接。如圖 2所示，該超聲波發(fā)生器13的電源線一端經(jīng)正極導(dǎo)線14和正極端子 8與外接電源正極連接，超聲波發(fā)生器13的電源線另一端經(jīng)負(fù)極導(dǎo) 線15和負(fù)極端子9與外接電源負(fù)極連接。
所述超聲波發(fā)生器13的電源也可與無(wú)線供電的非接觸式電源 連接。如附圖3所示，所述非接觸式電源主要由原、副邊完全分離的 非接觸式變壓器組成，非接觸式變壓器的原邊線圈17在電池殼體7 外與高頻電源16連接，非接觸式變壓器的副邊線圈18在電池殼體7 內(nèi)經(jīng)整流濾波電路19與超聲波發(fā)生器13的電源端連接。
所述電池單體的正極10選用活性物質(zhì)為氧化鎳、氫氧化亞鎳或 羥基氧化鎳的鎳電極，負(fù)極11選用碳材料或金屬板等，電解液2是 含可溶性鋅鹽的堿性電解液。在電池充電過(guò)程中，連接超聲波發(fā)生器 13的電源，電堆內(nèi)的電解液在液體泵作用下循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)在超聲 波作用下產(chǎn)生振動(dòng)，達(dá)到湍流效果。在電池放電過(guò)程中，斷開(kāi)超聲波 發(fā)生器13的電源，電堆內(nèi)的電解液在液體泵作用下循環(huán)流動(dòng)而正常 供電。
權(quán)利要求
1、一種長(zhǎng)壽命單液流電池，包括主要由多節(jié)電池單體連成的電池堆、電解液、儲(chǔ)液罐、液體泵和管道組成的單液流電池，其特征在于增設(shè)有超聲波發(fā)生器，所述超聲波發(fā)生器安裝在電池堆的電解液中。
2、 如權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)壽命單液流電池，其特征在于所述超 聲波發(fā)生器至少為1個(gè)安裝在電池殼體內(nèi)的底部。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的長(zhǎng)壽命單液流電池，其特征在于所 述超聲波發(fā)生器的電源端經(jīng)導(dǎo)線與外接電源連接。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的長(zhǎng)壽命單液流電池，其特征在于所 述超聲波發(fā)生器的電源端與無(wú)線供電的非接觸式電源連接。
5、 如權(quán)利要求4所述的長(zhǎng)壽命單液流電池，其特征在于所述非 接觸式電源主要由原、副邊完全分離的非接觸式變壓器組成，非接觸 式變壓器的原邊線圈在電池殼體外與高頻電源連接，非接觸式變壓器 的副邊線圈在電池殼體內(nèi)經(jīng)整流濾波電路與超聲波發(fā)生器的電源端 連接。
全文摘要
本發(fā)明的長(zhǎng)壽命單液流電池，包括主要由多節(jié)電池單體連成的電池堆、電解液、儲(chǔ)液罐、液體泵和管道組成的單液流電池的基礎(chǔ)上增設(shè)超聲波發(fā)生器，所述超聲波發(fā)生器安裝在電池堆的電解液中，在電池充電過(guò)程中，電堆內(nèi)的電解液在液體泵作用下循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)在超聲波作用下產(chǎn)生振動(dòng)，達(dá)到湍流效果，可以強(qiáng)化電極界面?zhèn)髻|(zhì)效果，并起到破碎枝晶的作用，消除了傳統(tǒng)單液流單池電極周圍的濃差極化，可有效防止枝晶的形成和生長(zhǎng)，在電池放電過(guò)程中，斷開(kāi)超聲波發(fā)生器的電源，電堆內(nèi)的電解液在液體泵作用下正常循環(huán)流動(dòng)。能提高單液流電池循環(huán)壽命1～2倍，可廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。
文檔編號(hào)H01M8/24GK101667652SQ20091003488
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者顧為東 申請(qǐng)人:江蘇省信息化研究中心