專利名稱：一種鉛酸液流電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電化學(xué)液流電池(Electrochemical flow cell)通常稱為氧化還原液流電池 (Redox flow cell)是一種大型儲(chǔ)能裝置。最早由查內(nèi)爾(Thaller)提出氧化還原液流電 池概念。上世紀(jì)七十年代美國最先開發(fā)Fe37Fe2+及全釩(V57V4+、V2+/V3+)液流電池，目前在 美、日、澳等國有市售產(chǎn)品，當(dāng)前中國沒有一家企業(yè)跨入該電池行業(yè)，至今尚未涉足該儲(chǔ)能 裝置的研發(fā)領(lǐng)域。液流電池的活性物質(zhì)是液態(tài)，即作為電極反應(yīng)活物質(zhì)，又兼任電解液作電極在工 作中不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，理論上可以無限期使用，正負(fù)極活物質(zhì)通過選擇性透過膜隔開，氧化 還原反應(yīng)分別在隔膜兩邊進(jìn)行，單電池由雙極板(正極與負(fù)極)及隔膜組成，可以串聯(lián)多個(gè) 單電池組成大的不同型號(規(guī)格)的電堆，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)能。電池電壓由串聯(lián)單電池的數(shù) 量與活性物質(zhì)類別所決定。電池容量由儲(chǔ)液罐內(nèi)活物質(zhì)多少?zèng)Q定，可以100%深放電而對 電池基本無損害，電池可以“即時(shí)充電”(零時(shí)間)即更換活物質(zhì)的儲(chǔ)液罐或開始流動(dòng)即可。 這類電池壽命可達(dá)10-20年，具有可靠性高、制造成本、運(yùn)行及維護(hù)成本都較低、無噪音、無 污染、建設(shè)周期短等特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。變換一個(gè)視角來看，我們可以把液流電池當(dāng)成一個(gè)循環(huán)充 放電“燃料電池”。它不僅是一個(gè)消耗化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能的裝置，而且還是一個(gè)比“燃料電池” 有更大發(fā)展空間的電能供給裝置?，F(xiàn)行的氧化還原液流電池存在的缺陷是1、需要離子選擇性透過的隔膜，而鉛酸液流電池是不需要隔膜；2、需要供給正、負(fù)極活物質(zhì)反應(yīng)的泵要兩個(gè)(正、負(fù)極各一個(gè))，而鉛酸液流電池 只要一個(gè)泵；3、需要兩個(gè)儲(chǔ)液罐分別儲(chǔ)存正、負(fù)極所需的活物質(zhì)，而鉛酸液流電池則只要一個(gè) 儲(chǔ)液罐，都是正負(fù)極公用的二價(jià)鉛離子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于設(shè)計(jì)一種能克服現(xiàn)行氧化還原液流電池缺陷的鉛酸液流電池。本發(fā)明采用碳粉與高密度的聚乙烯混合壓成基板，在所述基板上壓合一層玻璃 態(tài)化碳層后，再將表面粗化形成正極板，在所述基板上復(fù)合一層泡沫鎳層形成負(fù)極板，由 1. 5MPb (CH3S03)2 和 0. 9MCH3S03H 組成電解液。本發(fā)明的電極由碳粉與高密度的聚乙烯混合壓成基板，相當(dāng)于傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的 板柵；正極板是在基板上壓合一層玻璃態(tài)化碳層，形成正極反應(yīng)活性層，然后再將表面粗化 以增大表面積；負(fù)極板是在基板上復(fù)合一層泡沫鎳層，形成負(fù)極反應(yīng)活性層，由Pb(CH3S03)2 提供Pb2+，CH3S03H提供H+。本發(fā)明所述基板中碳粉和高密度聚乙烯的質(zhì)量比為5 1。本發(fā)明在所述基板上壓合一層玻璃態(tài)化碳層時(shí)的壓力為6kg/cm2，溫度為433K。
本發(fā)明在所述基板上復(fù)合一層泡沫鎳層時(shí)的壓力為6kg/cm2，溫度為433K。本發(fā)明鉛酸液流電池是全釩液流電池的發(fā)展和延伸，全釩液流電池要隔膜，有兩 種液態(tài)活物質(zhì)，不甚方便，需要有兩個(gè)泵進(jìn)行運(yùn)作，而本發(fā)明與傳統(tǒng)鉛酸電池不同，它是基 于鉛(II)在甲磺酸中有極大的溶解度，含鉛(II)離子的甲磺酸既是電解液，又是活物質(zhì)， 鉛酸液流電池電化學(xué)反應(yīng)(電極反應(yīng))如下負(fù)極Pb2++2e— Pb-----------------------------(1)正極Pb2++2H20-2e— Pb02+4H+------------------(2)總反應(yīng)2Pb2++2H20Pb+ Pb02+4H+-------(3)本發(fā)明最優(yōu)秀的電解液是甲磺酸，其危險(xiǎn)性小，是鉛酸液流電池最受關(guān)注的電液。本發(fā)明可溶性鉛(II)作為鉛酸液流電池是最具有發(fā)展?jié)摿Φ?，其主要特點(diǎn)是(1)僅一種單獨(dú)的電解液(含二價(jià)鉛離子的電液)，它是進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的活物 質(zhì)，只要一個(gè)儲(chǔ)液罐，一個(gè)泵就可進(jìn)行工作。(2)不需要隔膜。(3)從化學(xué)平衡角度來看，只要求電液中有大量可溶性鉛(II)存在，也就是一個(gè) 簡單的溶解過程，易懂、易掌控。本發(fā)明電池充放電的電液流速為1-lOcm/S，最佳的電池充放電的電液流速為 8cm/S?？尚纬呻姌O電流密度20-60mA/cm2，充放電效率可達(dá)90%以上，可進(jìn)一步提高電池 的使用容量和效率。本發(fā)明組成電液起始濃度與充電后開路電壓、充電效率及能效的關(guān)系如下表起始電液組成充電后開路電壓充電效率能效
Pb2+H+(V)(%)(%)
1. 5M0. 9M1. 779376
0. 5M2. 9M1. 788672
0. 1M3. 7M1. 836354本發(fā)明電池還包括負(fù)極鉛電極的調(diào)整劑和正極催化劑，所述負(fù)極鉛電極的調(diào)整 劑由木素磺酸鈉和聚乙二醇組成，所述正極催化劑為具有Cu2+的可溶性鹽，在電解液和負(fù) 極鉛電極的調(diào)整劑及正極催化劑組成的混合液中，木素磺酸鈉為0. 1-0. 9M，聚乙二醇為 0. 01-0. 09M, Cu2+ 為 l-5mg/L。深入研究鉛(II)液流電池的化學(xué)平衡問題發(fā)現(xiàn)有這樣本質(zhì)上的困難，即負(fù)板上 沉積(殘流)鉛變得不平滑，突出會(huì)長大，橫跨在電極之間會(huì)短路，此外，正極上P02沉淀均 勻，但進(jìn)行很慢，P02/Pb2+的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)極差，導(dǎo)致在充放電時(shí)過電位產(chǎn)生，相對而講，在負(fù) 極和電液中IR降會(huì)較大，這便是循環(huán)過程中電池正極上產(chǎn)生的過電位造成能效衰減的主 要原因，因此鉛(II)液流電池必須添加負(fù)極鉛調(diào)整劑與正極反應(yīng)的催化劑進(jìn)入電液。很 清楚任何一種添加劑在硫酸電流中必須具有很高的穩(wěn)定性與極優(yōu)的溶解性，添加木素磺酸 鈉與聚乙二醇能明顯改善負(fù)極鉛枝晶長大問題，正極反應(yīng)的催化劑選擇無機(jī)離子如Sb(V)、 Bi (III)、Ni (II)、Ag(I)等對P02正極導(dǎo)電性與電化催化都有明顯影響，而Cu (II)電鍍P02 層很普通的添加劑，加入后能有效改善電池正極性能。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式1、基板制備將碳粉和高密度的聚乙烯以5 1的質(zhì)量比混合均勻，壓成基板。2、正極板制備在壓力為6kg/cm2，溫度為433K的條件下，于基板上壓合玻璃態(tài)化碳，形成正極板。3、負(fù)極板制備在壓力為6kg/cm2，溫度為433K的條件下，于基板上復(fù)合泡沫鎳層，形成負(fù)極板。3、電解液的配備將1. 5M甲磺酸鉛溶液和0. 9M甲磺酸溶液混合。4、電池充放電流速控制電池充放電的電液流速控制在1-lOcm/S，最佳流速為8cm/S，使電極電流密度達(dá) 到20-60mA/cm2，充放電效率可達(dá)90%以上。5、當(dāng)電池使用過一段時(shí)間后，還可加入負(fù)極鉛電極的調(diào)整劑和正極催化劑負(fù)極鉛電極的調(diào)整劑由木素磺酸鈉和聚乙二醇組成，正極催化劑為具有Cu2+的可 溶性鹽(如硫酸銅或鹽酸銅等)。在電解液和負(fù)極鉛電極的調(diào)整劑及正極催化劑組成的混合液中，木素磺酸鈉為 0. l-o. 9M，聚乙二醇為 0. 01-0. 09M, Cu2+ 為 l_5mg/L。
權(quán)利要求
一種鉛酸液流電池，其特征在于采用碳粉與高密度的聚乙烯混合壓成基板，在所述基板上壓合一層玻璃態(tài)化碳層后，再將表面粗化形成正極板，在所述基板上復(fù)合一層泡沫鎳層形成負(fù)極板，由1.5MPb(CH3SO3)2和0.9MCH3SO3H組成電解液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鉛酸液流電池，其特征在于所述基板中碳粉和高密度聚乙烯的 質(zhì)量比為5 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鉛酸液流電池，其特征在于在所述基板上壓合一層玻璃態(tài)化碳 層時(shí)的壓力為6kg/cm2，溫度為433K。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鉛酸液流電池，其特征在于在所述基板上復(fù)合一層泡沫鎳層時(shí) 的壓力為6kg/cm2，溫度為433K。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述鉛酸液流電池，其特征在于電池充放電的電液流 速為 l-10cm/S。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述鉛酸液流電池，其特征在于所述電池充放電的電液流速為8cm/S0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述鉛酸液流電池，其特征在于所述電池還包括負(fù)極鉛電極的調(diào) 整劑和正極催化劑，所述負(fù)極鉛電極的調(diào)整劑由木素磺酸鈉和聚乙二醇組成，所述正極催 化劑為具有Cu2+的可溶性鹽，在電解液和負(fù)極鉛電極的調(diào)整劑及正極催化劑組成的混合液 中，木素磺酸鈉為0. 1-0. 9M，聚乙二醇為0. 01-0. 09M, Cu2+為l_5mg/L。
全文摘要
一種鉛酸液流電池，涉及電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用碳粉與高密度的聚乙烯混合壓成基板，在所述基板上壓合一層玻璃態(tài)化碳層后，再將表面粗化形成正極板，在所述基板上復(fù)合一層泡沫鎳層形成負(fù)極板，由1.5MPb(CH3SO3)2和0.9MCH3SO3H組成電解液。本發(fā)明鉛酸液流電池是全釩液流電池的發(fā)展和延伸，僅一種單獨(dú)的電解液(含二價(jià)鉛離子的電液)，它是進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的活物質(zhì)，只要一個(gè)儲(chǔ)液罐，一個(gè)泵就可進(jìn)行工作，本發(fā)明不需要隔膜，且從化學(xué)平衡角度來看，只要求電液中有大量可溶性鉛，也就是一個(gè)簡單的溶解過程，易懂、易掌控。
文檔編號H01M4/90GK101853956SQ20101020547
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者周壽斌, 戴德兵, 朱明海, 李中奇, 楊秀金, 顧立貞 申請人:江蘇華富控股集團(tuán)有限公司