CN103887539A - 一种锌镍液流电池结构及锌镍液流电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锌镍液流电池结构及包含其的电池系统，所述电池由单电池或二节以上的单电池组成的电池模块、以及电池两侧的正、负极端板组成，单电池按顺序依次包括正极集流体、正极、正极流场板、负极。所述的电池系统由电池、循环泵和管路组成，电解液填充于电池内的流道中，电池的电解液进口和出口通过管路经循环泵相连，电池充放电时，电解液在循环泵的作用下通过管路在单电池或电池模块内部进行自循环。该电池正极两侧设置双侧流场结构，并采用内置电解液循环的设计，舍弃了外置电解液储存罐，具有结构简单、能量密度高、功率密度高、加工及制造工艺简单的优点。

Description

一种锌镍液流电池结构及锌镍液流电池系统
技术领域
本发明涉及一种锌镍单液流电结构及锌镍液流电池系统。
技术背景
锌镍液流储能电池是一种新型的低成本、高效率、环境友好型的液流储能电池，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。锌镍液流储能电池电解液是流动的锌酸盐碱性溶液，电池中不使用离子交换膜，通过电池腔内离子的自由流动与外电路电子的定向运动构成电流回路。但目前仍存在结构复杂，电池运行电流密度较低10-20mA/cm2的问题，与同类型的全钒液流电池80mA/cm2相差甚远。
发明内容
本发明针对上述问题，通过构筑双侧流动的正极电解液供给，改善正极的物质传递，提高电池的运行电流密度。同时，通过电池壳体内部电解液的自循环，舍弃外置电解液储罐，简化了结构。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种锌镍单液流电结构及锌镍液流电池系统，所述电池由单电池或二节以上的单电池组成的电池模块、以及电池两侧的正、负极端板组成，单电池按顺序依次包括正极集流体、正极、正极流场板、负极。
所述单电池按顺序依次由正极集流体、正极、正极流场板、负极叠合组成，其中正极集流体靠近正极一侧刻有流道结构，流道深度0.1-2cm，流道结构为蛇形、点状、叉指型或直线形。
所述单电池按顺序依次由正极集流体、正极流场板1、正极、正极流场板2和负极叠合组成；其中正极集流体和正极流场板1采用材料为导电金属或碳材料，正极流场板2采用材料为不导电材料PVC、PTFE、PP或PC。
所述的正极流场板上的流场结构为镂空流场、即流场的流道沿深度方向贯穿流场板，流道深度与板厚度相同为0.1-2cm，流场结构为蛇形、点状、叉指型或直线形。
所述正极集流体为导电金属或碳材料，正极流场板材质为不导电材料PVC、PTFE、PP或PC。正极中的正极活性物质为氢氧化镍和羟基氧化镍。负极为沉积型电极，材质为析氢过电位较高的金属，锌、铅或镉。
电池系统由电池、储液罐、循环泵和管路组成，储液罐内装填有电解液，储液罐通过管路分别与电池的电解液进口和出口相连，于储液罐与电池的电解液进口或出口管路上设有循环泵；电池充放电时，电解液经由循环泵在单电池或电池模块与储液罐间循环。
电池系统由电池、循环泵和管路组成，舍弃了储液罐，电解液填充于电池内的流道中，电池的电解液进口和出口通过管路经循环泵相连，电池充放电时，电解液在循环泵的作用下通过管路在单电池或电池模块内部进行自循环。
本发明的有益效果：
本发明针对锌镍液流电池无法大电流充放电的缺点，通过构筑双侧流动的正极电解液供给，改善正极的物质传递，提高了电池的运行电流密度至80mA/cm2。同时，通过电池内部电解液的自循环，舍弃外置电解液储罐，进一步简化了电池系统结构。
附图说明
1.图1为实施例1所述电池结构及系统示意图；
1-负极端板；2-正极端板；3-泵；4-管路；5-负极；6-正极集流体；7-正极流场板；8-正极
2.图2为实施例2所述电池结构及系统示意图；
1-负极端板；2-正极端板；3-泵；4--储液罐；5-管路；6-负极；7-正极集流体；8-正极流场板；9-正极
3.图3为实施例3所述电池结构及系统示意图；
1-负极端板；2-正极端板；3-泵；4-管路；5-负极；6-正极集流体；7-正极流场板2；8-正极；9-正极流场板1。
图4为电池系统循环性能图。
具体实施方式
实施例1
电池结构及系统由图1所示，依次由负极端板、负极、正极流场板、正极、正极集流体、正极端板组成；电池系统由电池、循环泵和管路组成，电解液填充于电池内的流道中，电池的电解液进口和出口通过管路经循环泵相连，电池充放电时，电解液在循环泵的作用下通过管路在单电池或电池模块内部进行自循环。
正负极有效面积10*10cm；正极集流体材质为石墨，电池正极集流体设有蛇形流场，流道深度0.4cm；正极流场板材质为PE，厚度0.6cm，流道为蛇形设计；负极为锌板。
实施例2
电池结构及系统由图2所示，电池依次由负极端板、负极、正极流场板、正极、正极集流体、正极端板组成；电池系统由电池、储液罐、循环泵和管路组成，储液罐内装填有电解液，储液罐通过管路分别与电池的电解液进口和出口相连，于储液罐与电池的电解液进口或出口管路上设有循环泵；电池充放电时，电解液经由循环泵在单电池或电池模块与储液罐间循环。
正负极有效面积10*10cm；正极集流体材质为石墨，电池正极集流体设有叉指形流场，流道深度0.6cm；正极流场板材质为PVC，厚度0.4cm，流道为直线形设计；负极为镍板；电解液储罐储存40ml电解液。
实施例3
电池结构及系统由图3所示，电池依次由负极端板、负极、正极流场板1、正极、正极流场板2、正极集流体、正极端板组成；电池系统由电池、循环泵和管路组成，电解液填充于电池内的流道中，电池的电解液进口和出口通过管路经循环泵相连，电池充放电时，电解液在循环泵的作用下通过管路在单电池或电池模块内部进行自循环。
正负极有效面积10*10cm；正极集流体材质为石墨，电池正极集流体设有蛇形流场，流道深度0.8cm；正极流场板材质为PC，厚度0.3cm，流道为蛇形设计；负极为镍板。
实施例1-3的电池性能对比见表1
表1性能对比
实施例4
电池结构及系统说明：电池依次由负极端板、负极、正极流场板、正极、正极集流体、负极、正极流场板、正极、正极集流体、负极、正极流场板、正极、正极集流体、正极端板组成。电池系统由电池、储液罐、循环泵和管路组成，储液罐内装填有电解液，储液罐通过管路分别与电池的电解液进口和出口相连，于储液罐与电池的电解液进口或出口管路上设有循环泵；电池充放电时，电解液经由循环泵在单电池或电池模块与储液罐间循环。
正负极有效面积10*10cm；正极集流体材质为石墨，电池正极集流体设有直线形流场，流道深度0.5cm；正极流场板材质为PP，厚度0.5cm，流道为叉指形设计；负极为铅板，电池系统循环性能见图4。

Claims (9)

1.一种锌镍单液流电结构，其特征在于：所述电池由单电池或二节以上的单电池组成的电池模块、以及电池两侧的正、负极端板组成，单电池按顺序依次包括正极集流体、正极、正极流场板、负极。
2.根据权利要求1所述的电池结构，其特征在于：所述单电池按顺序依次由正极集流体、正极、正极流场板、负极叠合组成，其中正极集流体靠近正极一侧刻有流道结构，流道深度0.1-2cm，流道结构为蛇形、点状、叉指型或直线形。
3.根据权利要求1所述的电池结构，其特征在于：所述单电池按顺序依次由正极集流体、正极流场板1、正极、正极流场板2和负极叠合组成；其中正极集流体和正极流场板1采用材料为导电金属或碳材料，正极流场板2采用材料为不导电材料PVC、PTFE、PP或PC。
4.根据权利要求1-3任一所述的电池结构，其特征在于：所述的正极流场板上的流场结构为镂空流场、即流场的流道沿深度方向贯穿流场板，流道深度与板厚度相同为0.1-2cm，流场结构为蛇形、点状、叉指型或直线形。
5.根据权利要求1-2任一所述的电池结构，其特征在于：所述正极集流体为导电金属或碳材料，正极流场板材质为不导电材料PVC、PTFE、PP或PC。
6.根据权利要求1所述的电池结构，其特征在于：正极中的正极活性物质为氢氧化镍和羟基氧化镍。
7.根据权利要求1所述的电池结构，其特征在于：负极为沉积型电极，材质为析氢过电位较高的金属，锌、铅或镉。
8.一种如权利要求1所述的锌镍液流电池系统，其特征在于：所述电池系统由权利要求1所述的电池、储液罐、循环泵和管路组成，储液罐内装填有电解液，储液罐通过管路分别与电池的电解液进口和出口相连，于储液罐与电池的电解液进口或出口管路上设有循环泵；电池充放电时，电解液经由循环泵在单电池或电池模块与储液罐间循环。
9.一种如权利要求1所述的锌镍液流电池系统，其特征在于：电池由权利要求1所述的电池、电解液、循环泵和管路组成，电解液填充于电池内的流道中，电池的电解液进口和出口通过管路经循环泵相连，电池充放电时，电解液在循环泵的作用下通过管路在单电池或电池模块内部进行自循环。
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