CN102983347A - 一种带式储能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带式储能电池，在它的电池壳体内隔离有荷电状态材料装载区域、电解液区域和放电态材料装载区域；在它的一组导电基底带材上负载电池的正极材料，构成正极导电带，在它的另外一组导电带上负载电池的负极材料，构成负极导电带；将正极导电带和负极导电带的两端分别卷绕在两个滚轮上，其中一端置于荷电状态材料装载区域，另外一端处于放电状态材料装载区域，同时将两个滚轮中间部分放置在有多组导向轮的电解液区域，使得中间部分的导电带部位处于电解液体中。它既具有高放电体积功率比、又具有大规模存储能量的特点，适应于调节电网的波峰、波谷及作为电动汽车的移动电源。

Description

一种带式储能电池
技术领域
本发明属于新能源领域的电池技术，涉及一种适应于调节电网的波峰、波谷及作为电动汽车移动电源的带式储能电池。
背景技术
液流电池是一种大型储能装置，其基本工作原理为电池的正负极或某一极活性物质为液态流体氧化还原电对。由于液流电池能够将能量转化到电解液中分别进行存储，因为具有超大规模存储能量的优势，由于这种特点液流电池适合风能、太阳能等新能源发电的储能技术。在液流电池中目前以全钒液流电池最具发展潜力。然而，在全液流电池中，钒电池正极液中的五价钒在静置或温度高于45℃的情况下易析出五氧化二钒沉淀，析出的沉淀堵塞流道，包覆碳毡纤维，恶化电堆性能，直至电堆报废。且在该电池中石墨极板容易被正极液刻蚀，而电堆在长时间运行过程中电解液温度很容易超过45℃，如果用户操作不当，一次充电就能让石墨板完全刻蚀，电堆只能报废。同时该电池还存在放电电流密度低，体积比功率密度低的特点。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种既具有高放电体积功率比、又具有大规模存储能量特点的带式储能电池。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带式储能电池，在它的电池壳体内隔离有荷电状态材料装载区域、电解液区域和放电态材料装载区域；在它的一组导电基底带材上负载电池的正极材料，构成正极导电带，在它的另外一组导电带上负载电池的负极材料，构成负极导电带；将正极导电带和负极导电带的两端分别卷绕在两个滚轮上，其中一端置于荷电状态材料装载区域，另外一端处于放电状态材料装载区域，同时将两个滚轮中间部分放置在有多组导向轮的电解液区域，使得中间部分的导电带部位处于电解液体中；当该电池处于充电完毕状态时，正极导电带和负极导电带的荷电材料装载区域处于卷绕满的状态，对应的另一段放电态材料装载区域则为空轴状态；该电池放电时，将充好电状态的导电带通过和滚轮同轴的微型电动机转动，让两组分别涂覆正极材料和负极材料的导电带叠加压紧后，一起进入电解液中放电，放电完毕的导电带移动出含有电解液的电解池外，在电解池外重新被对应的空轴被卷绕起来保存在放电态材料装载区域内；该电池充电时则进行相反的过程。
所述的荷电状态材料装载区域是指同时装载有卷绕了正极导电带的滚轮和卷绕了负极导电带的滚轮的存储空间，正极导电带和负极导电带都处于充满电的状态；所述的荷电状态材料装载区域的卷绕有正极导电带和负极导电带的滚轮通过齿轮机构连接使之能够同方向同步转动，其转动是通过一个微型步进电机实现。
所述放电态材料装载区域是指同时装载有卷绕了正极导电带的滚轮和卷绕了负极导电带的滚轮的存储空间，正极滚轮和负极滚轮都处于完全放电的状态；所述的放电电状态材料装载区域的卷绕有正极导电带和负极导电带的滚轮通过齿轮机构连接使之能够同方向同步转动，其转动是通过一个微型步进电机实现。
所述电解液区域是指装载有电解液的空间，正极导电带和负极导电带在该区域进行充电或者放电，其中的电解液是有机的电解液或是无机的电解液。
所述导电基底带材是指在塑料带上电镀、蒸镀和磁控溅射这类方法得到一层或多层结构的金属镀层形成导电基底带材；或是由金属直接轧制形成的金属带或者多孔泡沫金属形成的多孔带材，或者由金属纤维丝烧结成的金属纤维毡通过裁切得到的多孔导电带材，以及由它们的一种或者几种复合得到的复合导电带材；导电基底带材所使用的金属是指Cu、Fe,Cr、W、Mo、V、Al、Sn、Bi、Pb、In、Ni、Co这类金属以及由它们中的一种或者多种形成的单质金属或者合金。
所述的具有一定宽度的导电带是指宽度为1um～10m，厚度为0.1um～1mm范围内的导电带状材料；所述的正极导电带负载的电池正极材料是MnO2、Ni(OH)O、PbO2-、LiCoO2这类电池的正极材料或是空气电极，电池直接使用空气中的氧气为氧化剂，构成燃料电池；所述的负极导电带负载的电池负极材料可以是Mg、Al、Zn、Cd、Pb和储氢合金这类电池的负极材料。
所述的导电电极带是指在导电基底带材上负载了电极活性材料得到的正极导电带和负极导电带。
所述的导电带负载的电池负极极材料是通过电沉积的方法沉积到导电带上，采用 Zn、Cd、Pb金属类负极材料，或通过将金属粉末浆料喷涂到多孔金属导电带上然后通过轧制得到；所述的正极导电带负载的电池正极材料是通过电沉积的方法沉积到多孔导电带上， 采用MnO2、Ni(OH)O这类正极材料，或通过将正极材料做成粉末浆料喷涂到多孔金属导电带上然后通过轧制得到。
所述的带式储能电池在充电时荷电材料装载区域的步进电机转动，放电区域的步进电机被动运动；当放电时，放电区域的步进电机转动，荷电区域的步进电机被动转动。
本发明的积极效果是: 将电池的电极材料采用专门存储的办法来实现电池容量的无限制的增大；该电池具有无需昂贵的离子交换树脂膜，具有价格低廉的特点；该类电池相具有更高的输出功率；该电池为大规模存储电能，为调节电网的波峰、波谷提供了良好的储能方案；该电池的正极如果使用空气电池将具有更大的能量密度适合作为电动汽车的移动电源。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的剖视图。
图3是微型步进电机的结构图.
图4是电极结构示意图。
图中：1-荷电态装载区、2-电解液区、3-放电态材料装载区、4-正极、5-负极、6-隔膜、7-导向轮、8-微型步进电机、9-正极带、10-负极带。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进一步说明。
一种带式储能电池,它属于新能源领域的电池技术，涉及一种带式、长寿命和大容量充能电池的设计和生产方法；本发明提供一种将液流电池的还原剂和氧化剂都通过负载在塑料带或金属带上，然后通过卷绕的办法来保存电池的还原剂和氧化剂实现大规模存储能量的方法，该电池具有类似普通电池高放电体积功率比的优势同时具有液流电池大规模存储能量的特点。
加工一个电池壳体，并将电池壳体隔离成三个区域，分别为荷电状态材料装载区域、电解液区域和放电态材料装载区域。加工两组导电基底带材，分别在其中一组的导电基底带材上负载电池的正极材料，构成正极导电带，另外一组导电带上负载电池的负极材料，构成负极导电带。将正极导电带和负极导电带两端分别卷绕在两个滚轮上，其中一端放置于荷电状态材料装载区域，另外一端处于放电状态材料装载区域，同时在两个滚轮中间部分放置在电解液区域，该区域存在多组导向轮，使得中间部分的导电带部位处于电解液体中。当该电池处于充电完毕状态时，则正极导电带和负极导电带的荷电材料装载区域处于卷绕满的状态，对应的另一段放电态材料装载区域则为空轴状态。该电池放电时，将充好电状态的导电带通过和滚轮同轴的微型电动机转动让两组分别涂覆正极材料和负极材料的导电带叠加压紧后一起进入电解液中放电，放电完毕的导电带移动出含有电解液的电解池外，在电解池外重新被对应的空轴被卷绕起来保存在放电态材料装载区域内；该电池充电时则进行相反的过程。
所述的荷电状态材料装载区域是指同时装载有卷绕了正极导电带的滚轮和卷绕了负极导电带的滚轮的存储空间，正极导电带和负极导电带都处于充满电的状态。
所述放电态材料装载区域是指同时装载有卷绕了正极导电带的滚轮和卷绕了负极导电带的滚轮的存储空间，正极滚轮和负极滚轮都处于完全放电的状态。
所述的电解液区域是指装载有电解液的空间，正极导电带和负极导电带在该区域进行充电或者放电，其中的电解液可以是有机的电解液也可以是无机的电解液。
所述的导电基底带材是指在塑料带上电镀、蒸镀和磁控溅射这类方法得到一层或多层结构的金属镀层形成导电基底带材；或是由金属直接轧制形成的金属带或者多孔泡沫金属形成的多孔带材，或者由金属纤维丝烧结成的金属纤维毡通过裁切得到的多孔导电带材，以及由它们的一种或者几种复合得到的复合导电带材
所述的导电基底带材所使用的金属是指Cu,Fe,Cr,W,Mo,V,Al,Sn,Bi,Pb,In,Ni,Co等金属以及由它们一种或者多种形成的单质金属或者合金。
所述的具有一定宽度的导电带是指宽度为1um～10m，厚度为0.1um～1mm范围内的导电带状材料。
所述的导电电极带是指在导电基底带材上负载了电极活性材料得到的正极导电带和负极导电带。
所述的正极导电带负载的电池正极材料可以是MnO2、Ni(OH)O、PbO2-、LiCoO2这类电池的正极材料或是空气电极，电池直接使用空气中的氧气为氧化剂，构成燃料电池。
所述的负极导电带负载的电池负极材料可以是Mg、Al、Zn、Cd、Pb和储氢合金这类电池的负极材料。
所述的导电带负载的电池负极极材料是通过电沉积的方法沉积到导电带上， Zn、Cd、Pb金属类负极材料，或通过将金属粉末浆料喷涂到多孔金属导电带上然后通过轧制得到。
所述的正极导电带负载的电池正极材料是通过电沉积的方法沉积到多孔导电带上， MnO2、Ni(OH)O这类正极材料，或通过将正极材料做成粉末浆料喷涂到多孔金属导电带上然后通过轧制得到。
所述的荷电状态材料装载区域的卷绕有正极导电带和负极导电带的滚轮通过齿轮机构连接使之能够同方向同步转动，其转动是通过一个微型步进电机实现。
所述的放电电状态材料装载区域的卷绕有正极导电带和负极导电带的滚轮通过齿轮机构连接使之能够同方向同步转动，其转动是通过一个微型步进电机实现。
所述的带式储能电池在充电时荷电材料装载区域的步进电机转动，放电区域的步进电机被动运动；当放电时，放电区域的步进电机转动，荷电区域的步进电机被动转动。
本发明将电池的电极材料采用专门存储的办法来实现电池容量的无限制的增大；该电池具有无需昂贵的离子交换树脂膜，具有价格低廉的特点；该类电池相具有更高的输出功率；该电池为大规模存储电能，为调节电网的波峰、波谷提供了良好的储能方案；该电池的正极如果使用空气电池将具有更大的能量密度适合作为电动汽车的移动电源。
实施例1：
   按附图1说明的方案采用PP塑料加工成长×宽×高为700×150×200mm的塑料槽，将塑料槽在长度方向上分隔成300+100+100mm三部分，分别为荷电材料装载区域、电解液区域和放电电材料装载区域。按照图2、3所示分别在荷电材料装载区域塑料槽外侧安装齿轮联动机构和步进电机，在槽内侧安装正极导电带转动轴和负极导电带转动轴，在电解液体区域按照图2示安装5组导向轮，其中下面的一组并联后连接电池的正极输出端，上面的一组并联后连接到电池的负极输出端。同样在放电材料装载区域塑料槽外侧安装齿轮联动机构和步进电机，在槽内侧安装正极导电带转动轴和负极导电带转动轴。并将上述电机分别和控制器连接。正极导电带是以5um金属镍纤维丝烧结成镍基多孔金属纤维毡，然后裁切成140mm宽、厚度0.17mm的金属纤维带作为正极基底导电带。然后将NiO(OH)和炭黑、聚四氟乙烯树脂按照80:14：6的重量比列配置成浆料，利用喷涂的方法均匀的喷涂到正极导电带上。在80℃条件下充分烘干后，在其中的一侧叠加隔膜进行轧制成一体化正极带。负极导电带是以140mm宽、厚度为0.1mm不锈钢金属带电镀厚度为10um的金属铬得到基底导电带，然后在导电带上电镀0.1mm后的金属锌作为负极导电带。将正极导电带、负极道电带分别卷绕在荷电材料装载区域和放电材料装载区域的滚轴上，并同时使得正极导电带导电面能够直接接触正极导电轮，负极导电带能够直接接触负极导向轮。然后用溶解饱和氧化锌的30%KOH溶液作为电解液加入到电解区域的隔槽中得到所述的电池，上述电池开路电压为1.6伏。
实施例2：
   按附图1说明的方案采用PP塑料加工成长×宽×高为3500×500×750mm的塑料槽，将塑料槽在长度方向上分隔成1600+500+1600mm三部分，分别为荷电材料装载区域、电解液区域、放电电材料装载区域。按照图2,3示分别在荷电材料装载区域塑料槽外侧安装齿轮联动机构和步进电机，在槽内侧安装正极导电带转动轴和负极导电带转动轴。在电解液体区域按照图2示安装10组导向轮，其中下面的一组并联后连接电池的正极输出端，上面的一组并联后连接到电池的负极输出端。同样在放电材料装载区域塑料槽外侧安装齿轮联动机构和步进电机，在槽内侧安装正极导电带转动轴和负极导电带转动轴。并将上述电机分别和控制器连接。正极导电带是以5um金属镍纤维丝烧结成镍基多孔金属纤维毡，然后裁切成490mm宽、厚度0.17mm的金属纤维带作为正极基底导电带。然后将Ni(OH)O和炭黑、聚四氟乙烯树脂按照80:14：6的重量比列配置成浆料，利用喷涂的方法均匀的喷涂到正极导电带上。在80℃条件下充分烘干后在其中的一侧叠加隔膜进行轧制成一体化正极带。负极导电带是以5um金属镍纤维丝烧结成镍基多孔金属纤维毡，然后裁切成490mm宽、厚度0.17mm的金属纤维带作为负极基底导电带。然后将储氢合金粉、聚四氟乙烯树脂按照90：10的重量比列配置成浆料，利用喷涂的方法均匀的喷涂到负极导电带上。在80℃条件下充分烘干后，轧制成正极导电带。将正极导电带、负极道电带分别卷绕在荷电材料装载区域和放电材料装载区域的滚轴上，并同时使得正极导电带导电面能够直接接触正极导电轮，负极导电带能够直接接触负极导向轮。然后用30%KOH溶液作为电解液加入到电解区域的隔槽中得到所述的电池，上述电池开路电压为1.2伏。

Claims (9)

1.一种带式储能电池，其特征是：在它的电池壳体内隔离有荷电状态材料装载区域、电解液区域和放电态材料装载区域；在它的一组导电基底带材上负载电池的正极材料，构成正极导电带，在它的另外一组导电带上负载电池的负极材料，构成负极导电带；将正极导电带和负极导电带的两端分别卷绕在两个滚轮上，其中一端置于荷电状态材料装载区域，另外一端处于放电状态材料装载区域，同时将两个滚轮中间部分放置在有多组导向轮的电解液区域，使得中间部分的导电带部位处于电解液体中；当该电池处于充电完毕状态时，正极导电带和负极导电带的荷电材料装载区域处于卷绕满的状态，对应的另一段放电态材料装载区域则为空轴状态；该电池放电时，将充好电状态的导电带通过和滚轮同轴的微型电动机转动，让两组分别涂覆正极材料和负极材料的导电带叠加压紧后，一起进入电解液中放电，放电完毕的导电带移动出含有电解液的电解池外，在电解池外重新被对应的空轴被卷绕起来保存在放电态材料装载区域内；该电池充电时则进行相反的过程。
2.如权利要求1所述带式储能电池，其特征是：所述的荷电状态材料装载区域是指同时装载有卷绕了正极导电带的滚轮和卷绕了负极导电带的滚轮的存储空间，正极导电带和负极导电带都处于充满电的状态；所述的荷电状态材料装载区域的卷绕有正极导电带和负极导电带的滚轮通过齿轮机构连接使之能够同方向同步转动，其转动是通过一个微型步进电机实现。
3.如权利要求1所述带式储能电池，其特征是：所述放电态材料装载区域是指同时装载有卷绕了正极导电带的滚轮和卷绕了负极导电带的滚轮的存储空间，正极滚轮和负极滚轮都处于完全放电的状态；所述的放电电状态材料装载区域的卷绕有正极导电带和负极导电带的滚轮通过齿轮机构连接使之能够同方向同步转动，其转动是通过一个微型步进电机实现。
4.如权利要求1所述带式储能电池，其特征是：所述电解液区域是指装载有电解液的空间，正极导电带和负极导电带在该区域进行充电或者放电，其中的电解液是有机的电解液或是无机的电解液。
5.如权利要求1所述带式储能电池，其特征是：所述导电基底带材是指在塑料带上电镀、蒸镀和磁控溅射这类方法得到一层或多层结构的金属镀层形成导电基底带材；或是由金属直接轧制形成的金属带或者多孔泡沫金属形成的多孔带材，或者由金属纤维丝烧结成的金属纤维毡通过裁切得到的多孔导电带材，以及由它们的一种或者几种复合得到的复合导电带材；导电基底带材所使用的金属是指Cu、Fe,Cr、W、Mo、V、Al、Sn、Bi、Pb、In、Ni、Co这类金属以及由它们中的一种或者多种形成的单质金属或者合金。
6.如权利要求1所述带式储能电池，其特征是：所述的具有一定宽度的导电带是指宽度为1um～10m，厚度为0.1um～1mm范围内的导电带状材料；所述的正极导电带负载的电池正极材料是MnO2、Ni(OH)O、PbO2-、LiCoO2这类电池的正极材料或是空气电极，电池直接使用空气中的氧气为氧化剂，构成燃料电池；所述的负极导电带负载的电池负极材料可以是Mg、Al、Zn、Cd、Pb和储氢合金这类电池的负极材料。
7.如权利要求1所述带式储能电池，其特征是：导电电极带是指在导电基底带材上负载了电极活性材料得到的正极导电带和负极导电带。
8.如权利要求1所述带式储能电池，其特征是：所述的导电带负载的电池负极极材料是通过电沉积的方法沉积到导电带上，采用 Zn、Cd、Pb金属类负极材料，或通过将金属粉末浆料喷涂到多孔金属导电带上然后通过轧制得到；所述的正极导电带负载的电池正极材料是通过电沉积的方法沉积到多孔导电带上， 采用MnO2、Ni(OH)O这类正极材料，或通过将正极材料做成粉末浆料喷涂到多孔金属导电带上然后通过轧制得到。
9.如权利要求1所述带式储能电池，其特征是：所述的带式储能电池在充电时荷电材料装载区域的步进电机转动，放电区域的步进电机被动运动；当放电时，放电区域的步进电机转动，荷电区域的步进电机被动转动。
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