CN106532093A - 一种醌金属电对液流电池系统 - Google Patents

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许鹏程
张华民
赖勤志
李先锋
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    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

一种醌金属电对液流电池系统，正极电解液为金属电对的硫酸溶液，所述金属电对为V5+/V4+或Mn3+/Mn2+。负极电解液为蒽醌2,7二磺酸钠和/或二氢蒽醌2,7二磺酸钠的硫酸溶液。本发明通过将醌作为液流电池的负极活性物质减少了液流电池体系中重金属的使用；无需贵金属催化剂；环境友好；价格便宜，对降低液流储能电池系统成本具有重要作用。

Description

一种醌金属电对液流电池系统
技术领域
本发明涉及一种醌金属电对液流电池系统。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭，开发利用风能、太阳能等可再生能源成为人们关注的焦点，储能技术作为可再生能源发电的重要支撑受到人们的广泛关注。储能主要分为物理储能和化学储能两部分。物理储能主要包括扬水储能、压缩空气储能等；化学储能主要包括各种蓄电池、燃料电池、液流电池等。其中液流电池因其具有大规模、高效率、低成本等诸多优点，使其成为大规模储能的最佳选择之一。
目前主要的液流电池体系主要有全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池等。其中全钒液流电池由于在正负极电解液活性物质中使用同一种元素不同价态离子，大大降低了正负极电解液之间的交叉污染，但该电池体系电解液及隔膜成本较高；锌溴液流电池主要优点是具有较高的开路电压、价格便宜；但存在着溴与锌直接反应发生自放电及锌沉积物枝晶等问题。铁铬液流电池主要优点就是价格便宜，最突出的问题就是离子间交叉污染严重。
发明内容
本发明为解决上述问题，提出一种醌金属电对液流电池系统，醌作为液流电池的负极活性物质减少了液流电池体系中重金属的使用；无需贵金属催化剂；环境友好；价格便宜，对降低液流储能电池系统成本具有重要作用。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
一种醌金属电对液流电池系统，包括正负极端板、正极、隔膜、负极、储液罐、管路、泵。其中正负极由集流体和正负极电极材料组成；充放电时，电解液经由泵从储液罐输送至正、负极，正极发生金属电对氧化还原反应，负极发生是氢离子在醌中的嵌入与脱嵌。
正极电解液为金属电对的硫酸溶液，所述金属电对为V5+/V4+或Mn3+/Mn2+。负极电解液为蒽醌2,7二磺酸钠和/或二氢蒽醌2,7二磺酸钠的硫酸溶液。
正负极电极材料均为活性炭毡。
电池系统由电池模块、电解液储液罐、循环泵、循环管路组成；电池模块由一节或一节以上单电池串联而成，单电池包括正负极端板、正极、负极、隔膜。充放电时，电解液经由泵从储液罐输送至正、负极，正极发生金属电对氧化还原反应，负极发生是氢离子在醌中的加氢与脱氢反应。
正极电解液为金属电对的硫酸溶液，电解液浓度为0.5-2M硫酸，VO2+/VO2 +的总浓度为1-1.5M，Mn3+/Mn2+总浓度为0.25-0.75M。
所述负极电解液浓度为：0.5-2M硫酸，蒽醌2,7二磺酸钠和/或二氢蒽醌2,7二磺酸钠的总浓度为0.5-1M。
所述隔膜为多孔膜或致密膜。
本发明的有益效果：
本发明提出了醌金属电对液流电池的概念，通过将醌作为液流电池的负极活性物质减少了液流电池体系中重金属的使用；无需贵金属催化剂；环境友好；价格便宜，对降低液流储能电池系统成本具有重要作用。
附图说明
图1为醌-钒液流电池充放电效率图，电流密度80mA/cm2。
图2为醌-锰液流电池充放电效率图，电流密度40mA/cm2。
具体实施方式
实施例1
电解液配置及电池组装：
正极电解液：80ml的1MH2SO4+1MVOSO4；负极电解液：80ml的1MH2SO4+1M2,7ADA，单电池依次正极端板、正极6x8cm2石墨板、碳毡、隔膜、碳毡、负极6x8cm2石墨板、负极端板。
电池测试：
电解液流速：5ml/min；充放电电流密度80mA/cm2；电池循环稳定性见图1。从图1中可以看出，醌-钒液流电池表现出良好的循环稳定性，在80mA/cm2工作电流密度下，电池库仑效率可达到98.5％。
实施例2
电解液配置及电池组装：
正极电解液：80ml的1MH2SO4+0.75MMnSO4；负极电解液：80ml的1MH2SO4+1M2,7ADA，单电池依次正极端板、正极6x8cm2石墨板、碳毡、隔膜、碳毡、负极6x8cm2石墨板、负极端板。
电池测试：
电解液流速：5ml/min；充放电电流密度40mA/cm2；电池循环稳定性见图2。
从图2中可以看出，醌-锰液流电池具有良好的循环稳定性，在40mA/cm2工作电流密度下，电池库仑效率可达95.8％。

Claims (6)

1.一种醌金属电对液流电池系统，其特征在于：正极电解液为金属电对的硫酸溶液，所述金属电对为V5+/V4+或Mn3+/Mn2+；负极电解液为蒽醌2,7二磺酸钠和/或二氢蒽醌2,7二磺酸钠的硫酸溶液。
2.根据权利要求1所述的醌金属电对液流电池系统，其特征在于：正负极电极材料均为活性炭毡。
3.根据权利要求1所述的醌金属电对液流电池系统，其特征在于：电池系统由电池模块、电解液储液罐、循环泵、循环管路组成；电池模块由一节或一节以上单电池串联而成，单电池包括正负极端板、正极、负极、隔膜，充放电时，电解液经由泵从储液罐输送至正、负极，正极发生金属电对氧化还原反应，负极发生是氢离子在醌中的加氢与脱氢反应。
4.根据权利要求1所述的醌金属电对液流电池系统，其特征在于：正极电解液为金属电对的硫酸溶液，电解液浓度为0.5-2M硫酸，VO2+/VO2 +的总浓度为1-1.5M，Mn3+/Mn2+总浓度为0.25-0.75M。
5.根据权利要求1所述的醌金属电对液流电池系统，其特征在于：所述负极电解液浓度为：0.5-2M硫酸，蒽醌2,7二磺酸钠和/或二氢蒽醌2,7二磺酸钠的总浓度为0.5-1M。
6.根据权利要求1所述的醌金属电对液流电池系统，其特征在于：所述隔膜为多孔膜或致密膜。
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