一種鋅錳液流電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋅錳液流電池，可廣泛應用于電子工業，交通運輸和礦冶等領域。
【背景技術】
[0002]隨著人口的不斷增加和生活水平的日益提高，人們對能源的需求量猛增，傳統的化石能源在不久的將來會滿足不了人們的需求，因此風能、太陽能等可再生能源的開發和利用受到廣泛關注。然而這些可再生能源具有不連續、不穩定、受地域環境限制和并網難的特性，導致其利用率低，棄風棄光率高，浪費資源。而儲能技術通過能力的儲存與釋放可以提高可再生能源利用率和穩定性，是開發利用新能源的關鍵技術。
[0003]液流電池是一種適合于大規模儲能的電化學儲能技術，其特點是通過儲存在電解液中的化學元素的價態變化實現能量的儲存與釋放。目前發展較為成熟的體系有全釩液流電池、鋅溴液流電池和多硫化鈉溴液流電池。以上三種電池均為雙液流電池，正負極之間需要昂貴的離子交換隔膜將正負極隔開，電池的成本較高，且仍然處在電解液較差污染的難題，無法實現能量高效、廉價、安全可靠的儲存與釋放。
[0004]鋅錳液流電池于本世紀初提出，其正極活性物質固態二氧化錳儲存于電極中，只有負極的活性物質儲存于電解液中，電解液為堿性的鋅酸鹽溶液，電池的容量受限于正極，且固體二氧化錳電極的循環壽命短，導致電池的壽命短，制約了其實用化進程。
【發明內容】
[0005]本發明通過優選正負極反應的氧化還原電對，提出了鋅錳單液流電池的概念，正負極均為沉積型電極，且將正負極的活性物質均以離子的狀態儲存在電解液中，無需隔膜，改善了傳統液流電池交叉污染和成本高的問題。為實現上述目的，本發明的具體技術方案如下:
[0006]一種鋅錳液流電池，電池由一節單電池或二節以上單電池串聯而成的電池模塊、電解液儲液罐、循環泵、循環管路組成；單電池包括正極、負極，正極和負極相對設置，正極和負極間留有空隙；
[0007]電解液儲液罐內裝填有電解液，電解液儲液罐與正極和負極間的空隙通過循環管路連接，于循環管路上設有循環泵，電解液從電解液儲液罐流出經正極和負極間的空隙后再返回電解液儲液罐；
[0008]電解液為含有二價鋅離子和二價錳離子的酸性水溶液。
[0009]正負極共用同種電解液，并通過循環泵，使電解液循環流動供給。
[0010]正極反應為二價錳離子與二氧化錳的液-固相轉化；負極反應為二價鋅離子與鋅的液-固相轉化。充電時，電解液經由泵從儲液罐輸送至正極和負極，錳離子在正極氧化為二氧化錳，鋅離子在負極直接以鋅單質形式沉積；放電時，二氧化錳在正極還原為二價錳離子，從新回到電解液中；鋅單質在負極氧化為鋅離子經由泵回到儲液罐中。
[0011]電解液中的含鋅離子活性物質為21^04或211003)2中的一種或二種，濃度范圍0.1mol dm 3?3mol dm 3 ；電解液中的含錳離子活性物質為MnSO4或Mn (NO3) 2中的一種或二種，濃度范圍0.1mol dm 3?3mol dm3;
[0012]電解液中還添加有酸，酸可以是比304或圓03中的一種或二種，酸濃度范圍0.1moldm 3 ?3mol dm 3 ；
[0013]電解液中還添加或不添加有提高電解液導電性的添加劑，添加劑為K2S04、KNO3,Na2SO4^P NaNO3中的一種或二種以上；添加添加劑時，電解液中添加劑的濃度范圍0.1moldm 3 ?3mol dm3。
[0014]正極和負極的材料為導電金屬或導電碳材料。
[0015]正極和負極為板狀電極或多孔電極。
[0016]本發明的有益效果:
[0017]本發明通過技術改進，提出了鋅錳單液流電池的概念，正負極均為沉積型電極(正負極反應采用固-液相轉化)，且將正負極的活性物質均以離子的狀態儲存在電解液中，無需隔膜，只需要一個電解液回路，解決了傳統液流電池交叉污染的問題。具有循環壽命長、成本低、結構及制造工藝簡單的特點。
【附圖說明】
[0018]圖1鋅錳液流電池單電池示意圖；
[0019]1、正極端板；2、負極端板；3、正極；4、負極；5、泵；6、電解液儲罐；
[0020]圖2為實施例鋅錳液流電池性能圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例
[0022]電解液配置:
[0023]電解液:電解液40ml，其中含有 1.0mol dm 3MnSO4, Imol dm 3 ZnSO4,0.2mol dm 3H2SO40
[0024]電池組裝:
[0025]單電池依次正極端板、正極3x3cm2泡沫鎳、負極3x3cm2泡沫鎳、負極端板。單電池結構及系統見圖1。
[0026]電池測試:
[0027]電解液流速:5ml/min ;充放電電流密度lOmA/cm2 ;充電lh，放電截止電壓為0V。電池性能見圖2，由充放電電流密度圖2可知在10mA/cm2 ;充電時間為lh，電池的平均能量效率達到了 70%左右。
【主權項】
1.一種鋅錳液流電池，其特征在于:電池由一節單電池或二節以上單電池串聯而成的電池模塊、電解液儲液罐、循環泵、循環管路組成；單電池包括正極、負極，正極和負極相對設置，正極和負極間留有空隙； 電解液儲液罐內裝填有電解液，電解液儲液罐與正極和負極間的空隙通過循環管路連接，于循環管路上設有循環泵，電解液從電解液儲液罐流出經正極和負極間的空隙后再返回電解液儲液罐； 電解液為含有二價鋅離子和二價錳離子的酸性水溶液。2.根據權利要求1所述的鋅錳液流電池，其特征在于:正負極共用同種電解液，并通過循環泵，使電解液循環流動供給。3.根據權利要求2所述的鋅錳液流電池，其特征在于:正極反應為二價錳離子與二氧化錳的液-固相轉化；負極反應為二價鋅離子與鋅的液-固相轉化。4.根據權利要求3所述的鋅錳液流電池，其特征在于: 電解液中的含鋅離子活性物質為ZnS04或Ζη(Ν03)2中的一種或二種，濃度范圍0.lmoldm 3?3mol dm 3 ；電解液中的含錳離子活性物質為MnS04或Μη (Ν03) 2中的一種或二種，濃度范圍 0.lmol dm 3 ?3mol dm 3 ； 電解液中還添加有酸，酸可以是比304或!^03中的一種或二種，酸濃度范圍0.lmoldm 3 ?3mol dm 3 ； 電解液中還添加或不添加有提高電解液導電性的添加劑，添加劑為K2S04、KN03、Na2S04、和NaN03中的一種或二種以上；添加添加劑時，電解液中添加劑的濃度范圍0.lmol dm 3?3mol dm3。5.根據權利要求1所述的鋅錳液流電池，其特征在于:正極和負極的材料為導電金屬或導電碳材料。6.根據權利要求5所述的鋅錳液流電池，其特征在于:正極和負極為板狀電極或多孔電極。
【專利摘要】一種鋅錳液流電池，電池由一節單電池或二節以上單電池串聯而成電池模塊、電解液儲液罐、循環泵、循環管路組成；單電池包括正極、負極，正極和負極相對設置，正極和負極間留有空隙；電解液為含有二價鋅離子和二價錳離子的酸性水溶液。該電池由于正負極反應采用固-液相轉化，無需隔膜，只需要一個電解液回路，克服了傳液流電池的交叉污染問題，具有循環壽命長、成本低、結構及制造工藝簡單的特點。
【IPC分類】H01M10/24, H01M4/24
【公開號】CN105280964
【申請號】CN201410357241
【發明人】張華民, 程元徽, 賴勤志
【申請人】中國科學院大連化學物理研究所
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年7月24日