CN101667652A

CN101667652A - 长寿命单液流电池

Info

Publication number: CN101667652A
Application number: CN200910034881A
Authority: CN
Inventors: 顾为东
Original assignee: JIANGSU INFORMATION RESEARCH CENTER
Current assignee: JIANGSU INFORMATION RESEARCH CENTER
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2010-03-10

Abstract

本发明的长寿命单液流电池，包括主要由多节电池单体连成的电池堆、电解液、储液罐、液体泵和管道组成的单液流电池的基础上增设超声波发生器，所述超声波发生器安装在电池堆的电解液中，在电池充电过程中，电堆内的电解液在液体泵作用下循环流动，同时在超声波作用下产生振动，达到湍流效果，可以强化电极界面传质效果，并起到破碎枝晶的作用，消除了传统单液流单池电极周围的浓差极化，可有效防止枝晶的形成和生长，在电池放电过程中，断开超声波发生器的电源，电堆内的电解液在液体泵作用下正常循环流动。能提高单液流电池循环寿命1～2倍，可广泛应用于各个行业。

Description

长寿命单液流电池

技术领域

本发明涉及一种液流电池，特别是一种单液流电池，属于化学电源技术领域。

背景技术

氧化还原液流电池(Redox flow cell或Redox flowbatteries)，简称为液流电池，是一种新型的大型化学储能的蓄电池。其技术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。双液流电池的正、负极活性物质分别存于不同的储罐中，通过液泵各自循环，电池堆内的正、负极电解液由离子交换膜隔开。双液流电池具有功率与容量分离、效率高、响应快和寿命长等优点，能够用于大规模蓄电。双液流电池为规模应用可再生能源，如风能、太阳能等，提供了一种规模储能的选择方案。目前，双液流电池已经研究和开发了Fe/Cr、全钒、Zn/Br2和多硫化物/Br2等电池体系。但是，双液流电池需要使用价格昂贵离子交换膜，不仅提高了电池的成本，而且隔膜的使用引入了复杂结构和穿透隔膜的物质交叉污染，且比能量低。

为了克服双液流电池存在的问题，2004年Pletcher教授提出了液流型铅酸电池，只使用一种电解液，不需要离子交换膜，避免物质交叉污染，称为单液流电池。专利CN101127393A提出一种锌镍单液流电池，综合锌镍电池和液流电池的优点，将负极活性物质锌以锌盐溶液的形式存储在电解液中。该种单液流电池由电堆、电解液、储罐、液泵及管道组成。电池单体由镍电极正极、沉积锌的负极集流体和电解液构成，其中电解液为含锌的碱性溶液。其电极反应为：

负极：

E0＝0.490V

正极：

E0＝-1.215V

在充放电过程中，电解液在液体泵推动下通过管道在储罐和电堆之间循环流动。由于电解液的流动增大了电极界面溶液中的物质传递的速度，减小了浓差极化，降低了锌枝晶的可能。

单液流电池只使用一种电解液，不需要离子交换膜，避免物质交叉污染。此外，它还具有工艺简单、成本低、效率高、能量密度高和循环寿命较高等优点。但是，仅靠电解液的一维流动，电极界面的物质传递速度仍然不理想。因而难以很好消除浓差极化，在充电过程中仍然会引起负极的刺状突起和枝晶生长，造成电池短路或使活性物质从电极上脱落，导致电池循环寿命缩短。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有的单液流电池容易形成枝晶而导致循环寿命缩短的问题，设计一种结构简单合理、能抑制枝晶生长、成倍增加充放电次数的长寿命单液流电池。

本发明的长寿命单液流电池，包括主要由多节电池单体连成的电池堆、电解液、储液罐、液体泵和管道组成的单液流电池的基础上，增设有超声波发生器，所述超声波发生器安装在电池堆的电解液中。

所述超声波发生器至少为1个安装在电池壳体内的底部。

上述超声波发生器的电源端经导线与外接电源连接。

上述超声波发生器的电源端也可与无线供电的非接触式电源连接。

所述非接触式电源主要由原、副边完全分离的非接触式变压器组成，非接触式变压器的原边线圈在电池壳体外与高频电源连接，非接触式变压器的副边线圈在电池壳体内经整流滤波电路与超声波发生器的电源端连接。

本发明的长寿命单液流电池，由于在电池堆的电解液中增设有超声波发生器，可以在充电过程中利用外接电源产生超声波，使电池内的电解液在液体泵作用下进行一维流动的同时，还在超声波作用下产生振动，同时可产生大量小气泡。所形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭，形成和达到湍流效果。因此，可以极大增强电极界面传质效果，很好的消除浓差极化，防止枝晶形成。同时，超声波的机械作用，可使已经形成的枝晶破碎，形成许多新的晶核而细化晶粒，从而抑制枝晶生长，可以提高单液流电池循环寿命1～2倍。在电池放电过程中，关闭超声波发生器，电堆内的电解液在液泵作用下循环流动而正常供电。本发明的结构主要是在各种单液流电池的基础上增设有超声波发生器即可，具有结构简单合理、能有效抑制枝晶生长、成倍增加充放电次数的长寿命单液流电池。可广泛应用于可再生能源如风能、太阳能等的大规模储能及电力、交通等其它行业。

附图说明

附图1是本发明的长寿命单液流电池的一种结构示意图；

附图2是超声波发生器用导线与外接电源连接的结构示意图；

附图3是超声波发生器用非接触式变压器与外接电源连接的结构示意图。

具体实施方式

附图非限制性公开了本发明的具体实施例，结合附图作进一步描述如下。

附图中的1是储液罐；2是电解液；3是液泵；4是管道；5是电池单体；6是电堆；7是电池壳体；8是正极端子；9是负极端子；10是正极；11是负极；12是一侧为正极另一侧为负极的双极板；13是超声波发生器；14是正极导线；15是负极导线；16是高频电源；17是非接触式变压器原边线圈；18是非接触式变压器副边线圈，19是整流滤波电路。

参见附图1，本发明的长寿命单液流电池，其结构包括主要由多节电池单体5连成的电池堆6、电解液2、储液罐1、液体泵3和管道4组成的单液流电池，还包括有超声波发生器13，所述超声波发生器13安装在电池堆6的电解液中。所述超声波发生器13至少为1个安装在电池壳体7内的底部。

所述超声波发生器13的电源端可经导线与外接电源连接。如图2所示，该超声波发生器13的电源线一端经正极导线14和正极端子8与外接电源正极连接，超声波发生器13的电源线另一端经负极导线15和负极端子9与外接电源负极连接。

所述超声波发生器13的电源也可与无线供电的非接触式电源连接。如附图3所示，所述非接触式电源主要由原、副边完全分离的非接触式变压器组成，非接触式变压器的原边线圈17在电池壳体7外与高频电源16连接，非接触式变压器的副边线圈18在电池壳体7内经整流滤波电路19与超声波发生器13的电源端连接。

所述电池单体的正极10选用活性物质为氧化镍、氢氧化亚镍或羟基氧化镍的镍电极，负极11选用碳材料或金属板等，电解液2是含可溶性锌盐的碱性电解液。在电池充电过程中，连接超声波发生器13的电源，电堆内的电解液在液体泵作用下循环流动，同时在超声波作用下产生振动，达到湍流效果。在电池放电过程中，断开超声波发生器13的电源，电堆内的电解液在液体泵作用下循环流动而正常供电。

Claims

1、一种长寿命单液流电池，包括主要由多节电池单体连成的电池堆、电解液、储液罐、液体泵和管道组成的单液流电池，其特征在于增设有超声波发生器，所述超声波发生器安装在电池堆的电解液中。

2、如权利要求1所述的长寿命单液流电池，其特征在于所述超声波发生器至少为1个安装在电池壳体内的底部。

3、如权利要求1或2所述的长寿命单液流电池，其特征在于所述超声波发生器的电源端经导线与外接电源连接。

4、如权利要求1或2所述的长寿命单液流电池，其特征在于所述超声波发生器的电源端与无线供电的非接触式电源连接。

5、如权利要求4所述的长寿命单液流电池，其特征在于所述非接触式电源主要由原、副边完全分离的非接触式变压器组成，非接触式变压器的原边线圈在电池壳体外与高频电源连接，非接触式变压器的副边线圈在电池壳体内经整流滤波电路与超声波发生器的电源端连接。