CN103268951A - 铈铜氧化还原液流电池 - Google Patents

铈铜氧化还原液流电池 Download PDF

Info

Publication number
CN103268951A
CN103268951A CN2013101799638A CN201310179963A CN103268951A CN 103268951 A CN103268951 A CN 103268951A CN 2013101799638 A CN2013101799638 A CN 2013101799638A CN 201310179963 A CN201310179963 A CN 201310179963A CN 103268951 A CN103268951 A CN 103268951A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
negative pole
cerium
copper
converted
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013101799638A
Other languages
English (en)
Inventor
王立民
金荣荣
徐圣楠
袁冬霞
尹东明
程勇
李存峰
林静
那兆霖
吴耀明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou Institute Of Energy Storage Materials & Devices
Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Original Assignee
Changzhou Institute Of Energy Storage Materials & Devices
Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou Institute Of Energy Storage Materials & Devices, Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS filed Critical Changzhou Institute Of Energy Storage Materials & Devices
Priority to CN2013101799638A priority Critical patent/CN103268951A/zh
Publication of CN103268951A publication Critical patent/CN103268951A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种铈铜氧化还原液流电池，该电池包括正极电解液储液罐、负极电解液储液罐和电池槽，所述的正极电解液储液罐盛放正极电解液，负极电解液储液罐盛放负极电解液，电解液在输液泵推动下沿管道在电池槽和储液罐之间流动，所述的正极电解液为铈盐的酸性溶液，负极电解液为铜盐的酸性溶液，充电时，正极电解液中的三价铈离子转化为四价铈离子，负极电解液中的二价铜离子转化为金属铜沉积到负极上；放电时，正极电解液中的四价铈离子转化为三价铈离子，负极上的金属铜转化为二价铜离子回到负极电解液中。本发明的液流电池在一定的充放电电流密度下，电池放电电压为1.15±0.2V，库伦效率达90%以上，能量效率达70%以上。

Description

铈铜氧化还原液流电池
技术领域
本发明属于液流电池领域，具体涉及一种铈铜氧化还原液流电池。
背景技术
目前的液流电池种类包括，全钒液流电池、锌溴液流电池、多硫化钠/溴电池、全铬液流电池、全铁液流电池等，其中全钒液流电池和多硫化钠/溴液流电池研究的比较成熟，已经进行了一定规模的产业化。但是这两种电池都有自身的缺点，比如全钒液流电池，钒的价格居高不下，大大提高了全钒液流电池的成本。多硫化钠/溴和锌溴电池中，由于会有单质溴的产生，一旦发生泄漏，会严重腐蚀设备材料及造成环境污染。
公开号为US2004/0197651A1的美国专利，公开介绍了铈和锌配对组成的液流电池，但是该铈锌体系的液流电池中，由于锌负极的溶解，电池负极析氢反应严重，从而导致电池效率和循环稳定性能有所下降。目前为止，铈铜氧化还原液流电池还未被研究。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的液流电池负极析氢反应严重，从而导致电池效率低和循环稳定性能差的问题，而提供一种铈铜氧化还原液流电池。
本发明提供一种铈铜氧化还原液流电池，该电池包括正极电解液储液罐、负极电解液储液罐和电池槽，所述的正极电解液储液罐盛放正极电解液，负极电解液储液罐盛放负极电解液，电解液在输液泵推动下沿管道在电池槽和储液罐之间流动，所述的正极电解液为铈盐的酸性溶液，负极电解液为铜盐的酸性溶液，充电时，正极电解液中的三价铈离子转化为四价铈离子，负极电解液中的二价铜离子转化为金属铜沉积到负极上；放电时，正极电解液中的四价铈离子转化为三价铈离子，负极上的金属铜转化为二价铜离子回到负极电解液中。
优选的是，所述的铈盐的酸性溶液包括甲磺酸、硝酸或硫酸的铈盐溶液。
优选的是，所述的铜盐的酸性溶液包括磺酸、硝酸、硫酸、盐酸或氟硼酸的铜盐溶液。
本发明的有益效果
本发明提供一种铈铜氧化还原液流电池，该液流电池利用负极Cu2+/Cu(0.342V)配合具有较高电极电位的正极Ce3+/Ce4+(1.76V)，组成铈铜氧化还原液流电池，成为一种循环效率高、循环稳定性好的液流电池，该液流电池通过使用铜作为电池的负极，从而利用铜析氢电位高的优点来解决电池负极的溶解问题，金属铜的电极电位略高于标准氢电位，不会在酸性溶液中溶解，也不会受析氢副反应影响，有利于提高电池寿命，同时作为负极的Cu2+/Cu电对具有循环性好、沉积/溶解过程可逆性好的特点，铈铜液流电池的电位可达1.1V以上，实验结果表明：在一定的充放电电流条件下，本发明的铈铜氧化还原液流电池放电电压为1.15±0.2V，库伦效率达90%以上，能量效率达70%以上，循环100次以上无衰减。
附图说明
图1本发明的单个铈铜氧化还原液流电池的结构示意图，
其中，1、正极电解液储液罐，2、负极电解液储液罐，3、电池槽，4、正极电解液，5、负极电解液，6、输液泵，7、管道，8、隔膜，9、正极，10、负极，11、正极集流体，12、负极集流体。
具体实施方式
本发明提供一种铈铜氧化还原液流电池，如图1所示，包括正极电解液储液罐1、负极电解液储液罐2和电池槽3，正极电解液储液罐1盛放正极电解液4，负极电解液储液罐2盛放负极电解液5，正极电解液4在输液泵6推动下沿管道7在电池槽3和正极电解液储液罐1之间流动，负极电解液5在输液泵6推动下沿管道7在电池槽3和负极电解液储液罐2之间流动，所述的正极电解液4为酸性铈盐溶液，负极电解液5为酸性铜盐溶液，所述的电池槽3包括正极9、正极集流体11、负极10、负极集流体12、隔膜8，隔膜8将电池槽3隔开，形成正极腔室和负极腔室，充电时，正极三价铈离子转化为四价铈离子，负极铜离子转化为金属铜沉积到电极上；放电时，正极四价铈离子转化为三价铈离子，负极上的金属铜转化成为二价铜离子回到负极电解液中。
本发明的铈铜液流电池在充电时反应如下：
正极：Ce3+-e=Ce4+；
负极：Cu2++2e=Cu；
本发明的铈铜氧化还原液流电池工作时，用输液泵6对正极电解液4和负极电解液5进行循环，正极电解液4和负极电解液5在输液泵6的推动下通过管道7在储液罐和电解槽3之间流动，流速可根据正极电解液4和负极电解液5的浓度和环境温度进行调节，环境温度高，且正极电解液4和负极电解液5浓度高时，则控制流速较慢，反之，适当加快正极电解液4和负极电解液5循环来减少电极极化，由于正极电解液4和负极电解液5的流动，可增加电极界面溶液中的活性物质传递速度，有效降低电池的浓差极化，提高电压效率，从而提高能量效率。
本发明所述的铈盐的酸性溶液优选包括甲磺酸、硝酸或硫酸的铈盐溶液，更优选为甲磺酸的铈盐溶液，所述的铈盐来源优选为氧化铈、碳酸铈、氢氧化铈、硫酸铈或硝酸铈，所述的铜盐的酸性溶液优选包括磺酸、硝酸、硫酸、盐酸或氟硼酸的铜盐溶液，铜盐来源优选为氧化铜、碳酸铜、氢氧化铜、硫酸铜或硝酸铜。
本发明所述的正极材料为石墨毡、石墨或导电塑料等，优选为石墨毡材料；所述的负极电极为铜板以及包括石墨毡、碳毡、石墨在内的碳素类材料，优选为铜板。隔膜选用离子交换膜，本发明优选为Nafion-117离子交换膜。本发明所述的正极集流体和负极集流体一般指的是不参与电池反应的碳素电极、金属电极或合金电极等。负极集流体可有多种形态，一般制备成为板或者箔。
由于负极采用可溶性铜盐作为电解质，因此负极可以不受电极尺寸的影响，从而可以通过扩展电解液容积来获得大量的铜离子参加电极反应，有利于构造高容量的储能电池。
为了适应大电压和大规模蓄电的需要，可以使用双极板结构直接串联多个单体电池组成电池组，也可多节单体电池串、并联组成电池组。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述
实施例1
配制浓度为1M(mol/L)的甲磺酸铈(Ce(CH3SO3)3)溶液和浓度为1.5M(mol/L)甲磺酸铜（Cu(CH3SO3)2）溶液各500ml作为正极电解液和负极电解液，正极电解液和负极电解液中甲磺酸浓度均为1.5M(mol/L)，使用石墨毡材料作为正负极电极，使用金属钛板作为正负极集流体，选用Nafion-117离子交换膜，Ce(CH3SO3)3溶液和Cu(CH3SO3)2溶液在输液泵推动下沿管道在电池槽和储液罐之间流动，充电时，正极电解液中的三价铈离子转化为四价铈离子，负极电解液中的二价铜离子转化为金属铜沉积到负极上；放电时，正极电解液中的四价铈离子转化为三价铈离子，负极上的金属铜转化为二价铜离子回到负极电解液中。
实验结果表明：该铈铜氧化还原液流电池在100mA电流作用下进行充放电实验，放电平均电压为1.15V，库伦效率为92.4%，能量效率为72.6%。
实施例2
配制浓度为1M(mol/L)的硫酸铈(Ce2(SO4)3)溶液和浓度为1.5M(mol/L)硫酸铜（CuSO4）溶液各1000ml作为正极电解液和负极电解液，正极电解液和负极电解液中硫酸浓度均为1.0M(mol/L)，使用石墨毡材料作为正负极电极，使用金属钛板作为正负极集流体，选用Nafion-117离子交换膜，Ce2(SO4)3溶液和CuSO4溶液在输液泵推动下沿管道在电池槽和储液罐之间流动，充电时，正极电解液中的三价铈离子转化为四价铈离子，负极电解液中的二价铜离子转化为金属铜沉积到负极上；放电时，正极电解液中的四价铈离子转化为三价铈离子，负极上的金属铜转化为二价铜离子回到负极电解液中。
实验结果表明：该铈铜氧化还原液流电池在200mA电流作用下进行充放电实验，放电平均电压为1.07V，库伦效率为90.6%，能量效率为70.2%。
实施例3
配制浓度为1M(mol/L)的甲磺酸铈(Ce(CH3SO3)3)溶液和浓度为1.5M(mol/L)甲磺酸铜（Cu(CH3SO3)2）溶液各100ml作为正极电解液和负极电解液，正极电解液和负极电解液中甲磺酸浓度均为1.5M(mol/L)，使用石墨毡材料作为正极电极，使用紫铜板作负极电极，使用金属钛板作为正极集流体，选用Nafion-117离子交换膜，Ce(CH3SO3)3溶液和Cu(CH3SO3)2溶液在输液泵推动下沿管道在电池槽和储液罐之间流动，充电时，正极电解液中的三价铈离子转化为四价铈离子，负极电解液中的二价铜离子转化为金属铜沉积到负极上；放电时，正极电解液中的四价铈离子转化为三价铈离子，负极上的金属铜转化为二价铜离子回到负极电解液中。
实验结果表明：该铈铜氧化还原液流电池在50mA电流作用下进行充放电实验，放电平均电压为1.22V，库伦效率为93.4%，能量效率为75.7%。
实施例4
配制浓度为1.0M(mol/L)的硫酸铈(Ce2(SO4)3)溶液和浓度为1.5M(mol/L)硫酸铜（CuSO4）溶液各100ml作为正极电解液和负极电解液，正极电解液和负极电解液中硫酸浓度均为0.8M(mol/L)，使用石墨毡材料作为正负极电极，使用金属钛板作为正负极集流体，选用Nafion-117离子交换膜，Ce2(SO4)3溶液和CuSO4溶液在输液泵推动下沿管道在电池槽和储液罐之间流动，充电时，正极电解液中的三价铈离子转化为四价铈离子，负极电解液中的二价铜离子转化为金属铜沉积到负极上；放电时，正极电解液中的四价铈离子转化为三价铈离子，负极上的金属铜转化为二价铜离子回到负极电解液中。
实验结果表明：该铈铜氧化还原液流电池在50mA电流作用下进行充放电实验，放电平均电压为1.27V，库伦效率为92.8%，能量效率为73.4%。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.铈铜氧化还原液流电池，其特征在于，该电池包括正极电解液储液罐（1）、负极电解液储液罐（2）和电池槽（3），所述的正极电解液储液罐（1）盛放正极电解液（4），负极电解液储液罐（2）盛放负极电解液（5），电解液在输液泵（6）推动下沿管道（7）在电池槽（3）和储液罐之间流动，所述的正极电解液（4）为铈盐的酸性溶液，负极电解液（5）为铜盐的酸性溶液，充电时，正极电解液（4）中的三价铈离子转化为四价铈离子，负极电解液（5）中的二价铜离子转化为金属铜沉积到负极上；放电时，正极电解液（4）中的四价铈离子转化为三价铈离子，负极上的金属铜转化为二价铜离子回到负极电解液（5）中。
2.根据权利要求1所述的铈铜氧化还原液流电池，其特征在于，所述的铈盐的酸性溶液包括甲磺酸、硝酸或硫酸的铈盐溶液。
3.根据权利要求1所述的铈铜氧化还原液流电池，其特征在于，所述的铜盐的酸性溶液包括磺酸、硝酸、硫酸、盐酸或氟硼酸的铜盐溶液。
CN2013101799638A 2013-05-16 2013-05-16 铈铜氧化还原液流电池 Pending CN103268951A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101799638A CN103268951A (zh) 2013-05-16 2013-05-16 铈铜氧化还原液流电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101799638A CN103268951A (zh) 2013-05-16 2013-05-16 铈铜氧化还原液流电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103268951A true CN103268951A (zh) 2013-08-28

Family

ID=49012568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013101799638A Pending CN103268951A (zh) 2013-05-16 2013-05-16 铈铜氧化还原液流电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103268951A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103794813A (zh) * 2014-03-07 2014-05-14 江西理工大学 铕铈液流电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201845830U (zh) * 2010-11-11 2011-05-25 中国人民解放军63971部队 一种液流电池电堆
CN102412410A (zh) * 2010-09-23 2012-04-11 微宏动力系统（湖州）有限公司 液流电池
CN102790233A (zh) * 2011-05-20 2012-11-21 罗臬 液流型电化学电池
CN103022543A (zh) * 2012-12-20 2013-04-03 中国科学院长春应用化学研究所 一种铈铅液流电池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102412410A (zh) * 2010-09-23 2012-04-11 微宏动力系统（湖州）有限公司 液流电池
CN201845830U (zh) * 2010-11-11 2011-05-25 中国人民解放军63971部队 一种液流电池电堆
CN102790233A (zh) * 2011-05-20 2012-11-21 罗臬 液流型电化学电池
CN103022543A (zh) * 2012-12-20 2013-04-03 中国科学院长春应用化学研究所 一种铈铅液流电池

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李建林等: "《智能电网中的风光储关键技术》", 31 January 2013, 机械工业出版社 *
潘君丽等: "Cu/Cu2+沉积型电极在流动酸性电解液中的电化学性能", 《高等学校化学学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103794813A (zh) * 2014-03-07 2014-05-14 江西理工大学 铕铈液流电池
CN103794813B (zh) * 2014-03-07 2015-12-02 江西理工大学 铕铈液流电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103137986B (zh) 一种锌溴单液流电池
CN101997129B (zh) 一种液流电池
CN104716374B (zh) 一种中性锌铁双液流电池
CN102201590B (zh) 一种酸性锌单液流储能电池
KR101009440B1 (ko) 용해 납 레독스 흐름 배터리용 전극 및 이를 이용한 용해 납 레독스 흐름 배터리
CN101567459A (zh) 一种酸性单液流电池
CN207587857U (zh) 一种锌镍单液流电池
CN101677136A (zh) 一种碱性锌液流电池用电解质溶液
CN109509901B (zh) 一种碱性锌铁液流电池
CN102723518A (zh) 一种全铅液流电池
CN104143646A (zh) 一种液流储能电池或电堆的运行方法
CN106549179B (zh) 一种有机体系锂醌液流电池
CN108808053B (zh) 一种锌镍液流储能电池
CN103928716A (zh) 一种酸、碱、盐三电解质溶液共存的铅酸电池
CN103700872A (zh) 一种具有高开路电压的全铁络合液流电池
CN103401045A (zh) 一种具有光电效应的液流电池储能体系
CN105280943B (zh) 一种全锰液流电池
CN201514973U (zh) 一种液流电池
CN103904352B (zh) 一种液流电池用锌电解液及其制备方法
CN112952172B (zh) 一种碱性铁镍液流电池
CN104300169A (zh) 一种碱性锌钒液流电池
CN110190312A (zh) 一种铅液流电池用电解液
CN103268951A (zh) 铈铜氧化还原液流电池
CN108134121A (zh) 一种锌镍单液流电池系统
CN107845778A (zh) 一种聚苯胺修饰铅蓄电池正极板的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20130828