CN101299476A - 一种锌镍静态单液流电池 - Google Patents

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杨占红
刘东任
王素琴
廖建平
胡俊
谷鹏
迟伟伟
易师
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Abstract

一种锌镍静态单液流电池，本发明由电池单体多节联成的电池堆、电解液、电池壳体及沉淀槽组成，其中电池单体由镍电极正极、沉积锌的负极集流体、隔板和注液盖构成，负极活性物质溶解并储存在电解液中，电池堆串联的两节电池单体之间以正负极接线柱串联在一起；在充放电过程中，电解液中溶解的活性物质可溶性锌盐与负极集流体上的金属锌来回转换。本发明取消了传统液流电池的储液罐和液泵，实现了液流电池电解液内部活性物质的动态循环，体积小、工作电压高、循环寿命长，方便携带，适合作为移用电源使用，并且成本低廉。

Description

一种锌镍静态单液流电池
技术领域
本发明涉及一种制备锌镍静态单液流电池的方法。
背景技术
碱性二次锌镍电池具有比能量大，原材料价格便宜、不含汞镉等对环境不造成污染，因而引起了人们的广泛关注。特别是在电动汽车、电动自行车和便携式电器等方面，锌镍电池是具有巨大应用潜力和理想使用价值的动力电源。但是锌电极的枝晶生长、溶解腐蚀、电极变形等问题严重制约了锌镍电池的开发利用。因此，如何克服上述问题，而制备出长循环寿命的新型锌镍电池是当前迫切需要的解决的问题。
液流蓄电池又称液流氧化还原电池，其技术的核心是进行氧化还原反应，实现充放电过程的活性物质存在于电解液中，单电池或半电池电极只是作为反应的场所，而不是活性物质储存的地点。由于活性物质储存于电解液中，液流电池具有功率与容量分离、寿命长等优点。如全钒液流电池(US006764789)，正极反应是V5+和V4+之间的氧化还原，负极反应是V2+和V3+之间的氧化还原，正负电极的活性物质均溶解于溶液中，正负极的氧化还原反应发生在惰性集流体上(如石墨毡)。正极电解液(包含V5+和V4+的溶液)与负极电解液(包含V2+和V3+的溶液)分别储存，电池单体的正负电极之间用离子交换膜分隔，以避免正负极区的电解液在电池内混合。而相比之下，锌镍液流电池的正极不溶于电解液，只有负极的活性物质是溶于电解液的，所以只能称为单液流电池。
专利CN 101127393A采用液泵、储液罐等装置制备了一种锌镍液流电池，由于用于锌沉积的负极集流体受限于单体电池的空间，没有实现电池的功率与容量分离，所以并不能像全钒液流电池一样，将所有的电能均可以以电解液的形式储存于储液罐中。其容量依然受限于负极集流体表面积以及单体电池的有效利用空间，因此储液罐的大小对电池容量的增加并没有实质意义。而该专利中，其负极集流体采用了碳材料、金属箔、金属板或泡沫材料，目前的研究表明这些材料在锌的电沉积过程中，容易造成金属锌粉的脱落，造成电池放电容量的减少，电池循环性能恶化，甚至造成短路等问题。
发明内容
本发明是提供一种锌镍静态单液流电池制备方法，采用密封的电池外壳和叠层复合铜网作为负极集流体，将充电过程中沉积出来的锌粉牢固地束缚在集流体内部，由于是采用叠层复合铜网作为负极集流体，集流体与电解液的接触面积较大，即使在电解液处于静态时或在充放电过程中，其锌电极的浓差极化也比较小。
本发明在负极集流体优选在表面电镀高析氢过电位的金属的叠层复合铜网，由于该负极集流体具有较高的析氢过电位，所以在充放电过程中，整个电池所析出的气体较少，密封锌镍电池的内压大、电解液损失严重等问题均大大缓解。本发明在制备锌镍静态单液流电池的时候，采取了高析氢过电位的集流体，能减小锌镍电池的自放电。
本发明的目的是通过下述方式实现的：
锌镍静态单液流电池由电池单体多节联成的电池堆、电解液、电池壳体及沉淀槽组成，其中电池单体由镍电极正极、沉积锌的负极集流体、隔板和注液盖构成。负极活性物质溶解并储存在电解液中，电池堆的串连的两节电池单体之间以正负极接线柱串连在一起；在充放电过程中，电解液中溶解的活性物质可溶性锌盐与负极集流体上的金属锌来回转换。
电池单体的正极镍电极是行业内所熟知的烧结式镍电极、涂膏式镍电极和压成式镍电极的其中一种。为了防止镍正极在电解液中因浸泡而脱粉，在其表面包覆维纶隔膜或其他耐碱隔膜。
电解液是可溶性锌盐的碱性电解液，该电解液中碱的主要成分是以下一种或一种以上：Ba(OH)2、NaOH、KOH、LiOH。其添加剂可以是Na3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、Na2SO3、Na2SO4、In2O3等化合物的至少一种。
电池单体的负极集流体是叠层复合铜网，或者是表面电镀后的叠层复合铜网，镀层是锡、铟、铅等具有高析氢过电位的金属。
电池单体的隔板是行业内所熟知的耐碱性微孔隔板，如聚氯乙烯塑料隔板、聚烯烃树脂微孔隔板等，也可以不加隔板，或者用隔膜代替。
本发明的工作原理为：镍电极是正极，负极集流体是负极，电解液中溶解有负极活性物质。充电时可溶性锌离子在负极集流体上被还原为金属锌，放电时金属锌又溶解于电解液。
正极：
Figure A20081003148800041
负极：
Figure A20081003148800042
总反应：
Figure A20081003148800051
本发明的负极集流体使用叠层复合铜网，并且取消了传统液流电池的储液罐和液泵，实现了液流电池电解液内部活性物质的动态循环，并且具有体积小、工作电压高、循环寿命长等优点，节约了成本，方便携带，适合作为移用电源使用，并且成本低廉。
附图说明
图1是本发明锌镍静态单液流电池的结构示意图；
图2是本发明锌镍静态单液流电池的负极集流体的正面图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式：
实施例
如图1所示，锌镍静态单液流电池由电池单体8多节联成的电池堆9、电解液2、电池壳体7及沉淀槽6组成，其中电池单体8由镍电极3正极、沉积锌的负极集流体5、隔板1和注液盖4构成。负极活性物质溶解并储存在电解液2中，电池堆9的串连的两节电池单体8之间以正负极接线柱串连在一起；在充放电过程中，电解液中溶解的活性物质可溶性锌盐与负极集流体上的金属锌来回转换。
铜网的制作过程为：将铜网折叠成等长的三段，然后将三段并拢，铜网的层与层之间用金属锡焊接10，点焊负极极柱后得叠层复合铜网，然后对其进行表面镀锡处理。将镀锡后叠层复合铜网、隔板以及表面包覆隔膜的镍正极放入到电池的壳体中，加入电解液后密封成锌镍静态单液流电池。

Claims (5)

1.一种锌镍静态单液流电池，其特征在于：由电池单体(8)多节联成的电池堆(9)、电解液(2)、电池壳体(7)及沉淀槽(6)组成，其中电池单体(8)由镍电极(3)正极、沉积锌的负极集流体(5)、隔板(1)和注液盖(4)构成，负极活性物质溶解并储存在电解液(2)中，电池堆(9)串连的两节电池单体(8)之间以正负极接线柱串连在一起；在充放电过程中，电解液中溶解的活性物质可溶性锌盐与负极集流体上的金属锌来回转换。
2.根据权利要求1所述的锌镍静态单液流电池，其特征在于：所述的负极集流体为叠层复合铜网。
3.根据权利要求2所述的锌镍静态单液流电池，其特征在于：所述的叠层复合铜网表面镀有高析氢过电位金属的叠层复合铜网。
4.根据权利要求2所述的锌镍静态单液流电池，其特征在于：所述负极集流体铜网的层与层之间用金属锡焊接。
5.根据权利要求1所述的锌镍静态单液流电池，其特征在于：所述的镍电极正极在装配前，表面用耐碱性隔膜完全包裹起来。
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