CN107305951A - 一种锌溴液流电池 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种新型锌溴液流电池，其隔膜使用的是纳米孔透膜和铅酸蓄电池PE隔板复合隔；复合隔隔开的正极半电池液流室为正电极板隔开的双液流室；正极电极材料为微孔、多孔、透孔石墨电极，正极双液流室电解液可透过电极材料流通；电池电解液加入纳米二氧化硅悬浮液，增加电解液稠度，降低电池在非工作状态下电解液的流动性，减少溴元素的迁移；从而提高了电池的充放电效率和能量效率。锌溴液流电池采用了此种结构和隔材料，大幅降低了其制造的成本，使得此种电池得以广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及化学储能技术中的锌溴液流电池，具体涉及锌溴液流电池隔膜采用透膜，而非价格昂贵的离子膜；锌溴液流电池的正极半电池为双液流室。
背景技术
锌溴液流储能电池与其它蓄电池相比，具有能量转换效率高、蓄电容量大、可深度放电、运行稳定、使用寿命长、安全环保等优点。可广泛应用于电网调峰、太阳能、风能再生能源储能和电动汽车等领域。
液流电池的活性物质存在于电解液中，电池被隔膜分隔成正极半电池和负极半电池，它们分别外接正极电解液和负极电解液贮液罐，用电动泵抽取来完成循环。电池的容量取决于电解液贮液罐的贮液量，功率取决于电堆的大小。
锌溴液流电池的电解液为溴化锌水溶液，充电过程中，锌以金属形态沉积在石墨负电极表面，溴形成油状络合物贮存于正极电解液的底部。与铅酸电池相比，锌溴液流电池具有较高的能量密度和功率密度及优越的循环充放电性能。
目前，锌溴液流电池的主要技术问题，电池隔膜使用离子交换膜价格昂贵，造成电池成本过高，不能广泛应用；溴在电解液中的溶解度高，溶解的溴传质到负电极上锌的表面，与锌直接反应，造成严重的自放电；在放电过程中，电解液中的溴与正电极传导面不足，降低了电池功率密度。
发明内容
本发明的目的是提供一种锌溴液流电池，其隔膜使用的是纳米孔透膜和铅酸蓄电池PE隔板复合隔；复合隔隔开的正极半电池液流室为正电极板隔开的双液流室；正极电极材料为微孔、多孔、透孔石墨电极，正极双液流室电解液可透过正极电极材料流通；电池电解液加入纳米二氧化硅悬浮液，增加电解液稠度，降低电池在非工作状态下电解液的流动性，减少溴元素的迁移；以解决现有技术上的上述问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
一种锌溴液流电池的结构，包括负极电极石墨板、正极电极多孔石墨板、负极电解液储液罐、正极电解液储液罐、纳米孔透膜、PE多孔隔板、绝缘外壳、负极室、正极室A、正极室B、正极室A入口电磁阀、正极室B入口电磁阀、正极室A出口可调节电磁阀、负极电解液循环泵、正极电解液循环泵、正极室B出口、正极板和负极板外接端口及电解液循环流动连接管道连接组成。
一种锌溴液流电池的电解液由溴化锌水溶液，溴络合物十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵、四乙基溴化铵、四甲基溴化铵中的一种或几种，纳米二氧化硅悬浮液混合组成。
下面结合附图具体说明本发明的电池结构。
附图说明
附图为本发明的锌溴液流电池结构原理图。
如附图所示，本发明的锌溴液流电池结构包括负极电极石墨板1、正极电极多孔石墨板2、负极储液罐3、正极储液罐4、纳米孔透膜5、PE多孔隔板6、绝缘外壳7、负极室8、正极室A9、正极室B10、正极室A入口电磁阀11、正极室B入口电磁阀12、正极室A出口可调节电磁阀13、负极电解液循环泵14、正极电解液循环泵15、正极室B出口16、正极板和负极板外接端口17，由电解液循环流动连接管道连接。
由绝缘外壳7封闭负极电极石墨板1、正极电极多孔石墨板2、纳米孔透膜5、PE多孔隔板6、负极室8、正极室A9、正极室B10形成了电池的电堆。
其中：
所述的正极电极多孔石墨板2为微孔、多孔、透孔石墨材料板电极，电解液可透过电极板材料流通。
所述的纳米孔透膜5为截留分子量1000道尔顿以上的超滤膜；PE多孔隔板6为具有一定厚度的铅酸蓄电池用超高分子量聚乙烯和多孔纳米二氧化硅材料合成的微孔隔板；纳米孔透膜5和PE多孔隔板6复合在一起成为复合隔，取代了目前锌溴液流电池离子隔膜。
所述的一种锌溴液流电池复合隔隔开的正极半电池液流室为正电极板隔开的双液流室，正极室A9和正极室B 10，正极电解液在循环泵15作用下循环流动，正极室A 9液流由液流入口电磁阀11和可调节电磁阀13控制，正极室B10液流由液流入口电磁阀12控制，当电池充电时，在外电源的作用下，电磁阀11和可调节电磁阀13打开，电磁阀12关闭；当电池放电时，电磁阀11关闭电磁阀12打开，可调节电磁阀13半开或全开，功率需求小时为半开，功率需求大时为全开。
本发明具有以下优点：
纳米孔透膜5和PE多孔隔板6复合在一起的复合隔，可有效阻止单质溴和溴的络合物进入负极和负极锌发生反应，从而减小了电池的自放电。
一种锌溴液流电池复合隔隔开的正极半电池双液流室，当充放电时，电解液循环流动，在电磁阀的控制下，电解液透过正极多孔石墨板流通，增大了电解液与正极板的传导面积，从而提高了电池的充放电效率。
一种锌溴液流电池，由溴化锌水溶液，溴络合物十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵、四乙基溴化铵、四甲基溴化铵中的一种或几种和纳米二氧化硅悬浮液混合组成的电解液，因为加入了纳米二氧化硅悬浮液，增加了电解液的稠度，在电池非工作状态时，降低了电解液中分子的运动和扩散，减小了溴元素的迁移，从而降低了电池的自放电。
下面结合附图进一步说明：
一种锌溴液流电池，其电解液存储在负极储液罐3和正极储液罐4中，其电池的蓄电量由储液罐所存储的电解液的量决定；电堆由负极石墨板1和正极多孔石墨板2引出外接端口17；负极石墨板1和正极多孔石墨板2由纳米孔透膜5和铅酸蓄电池PE隔板6复合的复合隔隔开，形成负极室8、正极室A9和正极室B10，由绝缘外壳7封闭电堆；负极室8、正极室A9和正极室B10分别由管道和负极储液罐3、正极储液罐4连通；负极储液罐3和负极室8连接管道中安装有循环泵14；正极储液罐4分别与正极室A9、正极室B10通过主管道并联连接，并联管道在正极室A9管道入口处装有电磁阀11，出口处装有可调节电磁阀13，并联管道在正极室B10管道入口处装有电磁阀12，循环出口16直接接入正极储液罐4主管道，在正极储液罐4主管道上安装有循环泵15。
在电池充电时，负极储液罐3和负极室8由管道连接，在管道循环泵14的作用下，负极电解液在储液罐和电堆循环流通；正极储液罐4由主管道分别并联连接正极室A9、正极室B10，电磁阀12关闭，电磁阀11打开，可调节电磁阀13打开，在管道循环泵15的作用下，正极电解液在储液罐和电堆循环流通，流经正极室A9内的电解液部份透过正极多孔石墨板2流入正极室B10，从出口16流经正极储液罐4的连接主管道，流入正极储液罐4，流过正极室A9内的电解液主要部份从正极室可调节电磁阀13出口流经正极储液罐4的连接主管道，流入正极储液罐4。
在电池放电时，负极储液罐3和负极室8由管道连接，在管道循环泵14的作用下，负极电解液在储液罐和电堆循环流通；正极储液罐4由主管道分别并联连接正极室A9、正极室B10，电磁阀12打开，电磁阀11关闭，可调节电磁阀13半开或全开，功率需求小时为半开，功率需求大时为全开，在管道循环泵15的作用下，正极电解液在储液罐和电堆循环流通，流经正极室B10内的电解液透过正极多孔石墨板2流入正极室A9，由可调节电磁阀13调节电解液透过正极多孔石墨板2的流量，根据功率需求的大小而调节；部份循环流通的电解液从正极室B10出口16流经正极储液罐4的连接主管道，流入正极储液罐4。
在电池放电时，由于电磁场的作用，络合溴的电离平衡被打破，解离出的溴分子与正极多孔石墨板2有效传导转换成溴离子，溴分子难以在电解液中扩散进入负极与锌反应形成自放电，从而提高电池的能量效率。
具体实施方式
下面通过具体实施例阐述本发明。
实施例1
按照附图所示的结构组装的锌溴液流电池，电池电解液的组份，按质量比，纯净水100份，无水溴化锌100份，四丁基溴化铵6份，20％纳米二氧化硅悬浮液6份混合，电解液呈流动性较好的胶体溶液。
实施例2
按照附图所示的结构组装的锌溴液流电池，电池电解液的组份，按质量比，纯净水100份，无水溴化锌120份，四丁基溴化铵8份，20％纳米二氧化硅悬浮液5份混合，电解液呈流动性较好的胶体溶液。
通过本发明的技术方案组装的锌溴液流电池，电流效率为89％，充放电效率为80％。
Claims (8)
1.一种锌溴液流电池其结构特征在于：电池结构包括负极电极石墨板1、正极电极多孔石墨板2、负极储液罐3、正极储液罐4、纳米孔透膜5、PE多孔隔板6、绝缘外壳7、负极室8、正极室A9、正极室B10、正极室A入口电磁阀11、正极室B入口电磁阀12、正极室A出口可调节电磁阀13、负极电解液循环泵14、正极电解液循环泵15、正极室B出口16、正极板和负极板外接端口17，由电解液循环流动连接管道连接。
2.根据权利要求1所述的电池结构，其特征在于：由绝缘外壳7封闭负极电极石墨板1、正极电极多孔石墨板2、纳米孔透膜5、PE多孔隔板6、负极室8、正极室A9、正极室B10形成了电池的电堆。
3.根据权利要求1、权利要求2所述的电池结构，其特征在于：所述的正极电极多孔石墨板2为微孔、多孔、透孔石墨材料板电极，电解液可透过电极板材料流通。
4.根据权利要求1、权利要求2所述的电池结构，其特征在于：所述的纳米孔透膜5为截留分子量1000道尔顿以上的超滤膜；PE多孔隔板6为具有一定厚度的铅酸蓄电池用超高分子量聚乙烯和多孔纳米二氧化硅材料合成的微孔隔板；纳米孔透膜5和PE多孔隔板6复合在一起成为复合隔，取代了目前锌溴液流电池离子隔膜。
5.根据权利要求1、权利要求2所述的电池结构，其特征在于：所述的一种锌溴液流电池复合隔隔开的正极半电池液流室为正电极板隔开的双液流室，正极室A9和正极室B10。
6.根据权利要求1、权利要求5所述，其特征在于：正极电解液在循环泵15作用下循环流动，正极室A9液流由液流入口电磁阀11和可调节电磁阀13控制，正极室B10液流由液流入口电磁阀12控制，当电池充电时，在外电源的作用下，电磁阀11和可调节电磁阀13打开，电磁阀12关闭；当电池放电时，电磁阀11关闭电磁阀12打开，可调节电磁阀13半开或全开，功率需求小时为半开，功率需求大时为全开。
7.根据权利要求1、权利要求6所述，其特征在于：一种锌溴液流电池的电解液由溴化锌水溶液，溴络合物十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵、四乙基溴化铵、四甲基溴化铵中的一种或几种和纳米二氧化硅悬浮液混合组成。
8.根据权利要求1、权利要求7所述，其特征在于：一种锌溴液流电池的电解液加入了纳米二氧化硅悬浮液，增加了电解液的稠度。
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