CN109786798A - 一种混合型锌镍液流电池 - Google Patents

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Abstract

一种混合型锌镍液流电池，包括正极为NiO电极，负极为碳毡或/和锌电极，正极电解液采用亚铁氰离子的碱溶液，负极电解液采用锌离子的碱性溶液；充电时，正极首先发生亚铁氰离子至铁氰离子的氧化反应，随着亚铁氰离子的消耗，NiO逐步参与电化学成流反应，生成NiOOH；负极发生锌离子的沉积反应；放电时，正极首先发生NiOOH至NiO的氧化反应，随着NiOOH的消耗，铁氰离子逐步参与电化学成流反应，生成亚铁氰离子；负极锌单质的溶解反应。本发明目的在于针对锌镍液流电池正极面容量受限的问题，提供一种混合型锌镍液流电池，用于提升锌镍液流电池的储能容量，同时铁氰根离子的加入可以改善锌镍液流电池正极的循环稳定性。

Description

一种混合型锌镍液流电池
技术领域
本发明涉及一种锌镍液流电池。
背景技术
随着世界能源的消耗需求不断增长，可开发利用的石油资源日益枯竭，而环境污染却更加严重，如何解决全球经济发展对能源需求的增加和环境污染的加重已经成为一个全球化的问题。因此世界各国对风能、太阳能等清洁能源的储存再利用，以及加快电动汽车替代燃油汽车的研究越来越重视。
锌镍液流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。
锌镍液流电池正极为氧化镍，属于固固相转化过程，固相电极的面容量偏低，难以满足大规模储能用电池的容量要求。
发明内容
本发明目的在于针对锌镍液流电池正极面容量受限的问题，提供一种混合型锌镍单液流电池，用于提升锌镍液流电池的储能容量。
本发明所述的解决方案为：
一种混合型锌镍液流电池，包括正极为NiO电极，负极为碳毡或/和锌电极，正极电解液采用亚铁氰离子的碱溶液，负极电解液采用锌离子的碱性溶液；
充电时，正极首先发生亚铁氰离子至铁氰离子的氧化反应，随着亚铁氰离子的消耗，NiO逐步参与电化学成流反应，生成NiOOH；负极发生锌离子的沉积反应；
放电时，正极首先发生NiOOH至NiO的氧化反应，随着NiOOH的消耗，铁氰离子逐步参与电化学成流反应，生成亚铁氰离子；负极锌单质的溶解反应。
正极电解液包括0.1-1mol/L，优选浓度为0.1-0.3mol/L亚铁氰离子，碱浓度为1-8mol/L。
负极电解液包括0.1-0.8mol/L锌离子，碱浓度为1-8mol/L。
正负极电解液使用隔膜分隔，隔膜包括阳离子膜、阴离子膜或微孔膜。
碱为氢氧化钾或/和氢氧化钠。
锌镍液流电池可以为双液流电池、也可以是单液流电池。
本发明的有益效果
本发明目的在于针对锌镍液流电池正极面容量受限的问题，提供一种混合型锌镍液流电池，用于提升锌镍液流电池的储能容量，同时铁氰根离子的加入可以改善锌镍液流电池正极的循环稳定性。
附图说明
图1、混合型锌镍液流电池双液流电池结构示意图；
图2、混合型锌镍液流电池与普通锌镍液流电池的循环性能对比。
具体实施方式
实施例1
混合型锌镍液流电池：
1)正极采用5*5cm NiO电极；
2)负极采用5*5cm碳毡(5mm厚度)和5*5cm的锌片(1mm厚度)；
3)正极电解液采用30mL的0.2mol/L亚铁氰化钾的3mol/L氢氧化钾溶液；
4)负极电解液采用30mL的0.5mol/L锌离子的3mol/L氢氧化钾溶液；
5)隔膜采用阳离子膜Nafion115；
6)电池在40mA/cm2下充放电，充电时间：1h，放电截止电压：1.0V。
实施例2
混合型锌镍液流电池：
1)正极采用5*5cm NiO电极；
2)负极采用5*5cm碳毡(5mm厚度)和5*5cm的锌片(1mm厚度)；
3)正极电解液采用30mL的0.5mol/L亚铁氰化钾的8mol/L氢氧化钾溶液；
4)负极电解液采用30mL的0.8mol/L锌离子的8mol/L氢氧化钾溶液；
5)隔膜采用阳离子膜Nafion115；
6)电池在40mA/cm2下充放电，充电时间：1h，放电截止电压：1.0V。
实施例3
混合型锌镍液流电池：
1)正极采用5*5cm NiO电极；
2)负极采用5*5cm碳毡(5mm厚度)和5*5cm的锌片(1mm厚度)；
3)正极电解液采用30mL的1mol/L亚铁氰化钾的6mol/L氢氧化钾溶液；
4)负极电解液采用30mL的0.1mol/L锌离子的6mol/L氢氧化钾溶液；
5)隔膜采用阳离子膜Nafion115；
6)电池在40mA/cm2下充放电，充电时间：1h，放电截止电压：1.0V。
对比例
锌镍液流电池：
1)正极采用5*5cm NiO电极；
2)负极采用5*5cm负极采用5*5cm碳毡(5mm厚度)和5*5cm的锌片(1mm厚度)；
3)正极电解液采用30mL的3mol/L氢氧化钾溶液；
4)负极电解液采用30mL的0.5mol/L锌离子的3mol/L氢氧化钾溶液；
5)隔膜采用阳离子膜Nafion115；
6)电池在40mA/cm2下充放电，充电时间：1h，放电截止电压：1.0V。
根据图2的曲线可知：混合锌镍液流电池在电池体积相同时，充电时间延长一倍，放电时间也相应延长，具有更高的容量。同时，混合型锌镍液流电池实施例1、2、3在40m A/cm2下运行，能量效率均高于80％，尤其实施例1使用优选条件，能量效率达到83％，相比普通锌镍液流电池具有更高的能量效率。

Claims (5)

1.一种混合型锌镍液流电池，其特征在于：包括正极为NiO电极，负极为碳毡或/和锌电极，正极电解液采用亚铁氰离子的碱溶液，负极电解液采用锌离子的碱性溶液；
充电时，正极首先发生亚铁氰离子至铁氰离子的氧化反应，随着亚铁氰离子的消耗，NiO逐步参与电化学成流反应，生成NiOOH；负极发生锌离子的沉积反应；
放电时，正极首先发生NiOOH至NiO的氧化反应，随着NiOOH的消耗，铁氰离子逐步参与电化学成流反应，生成亚铁氰离子；负极锌单质的溶解反应。
2.根据权利要求1所述的混合型锌镍液流电池，其特征在于：正极电解液包括0.1-1mol/L，优选浓度为0.1-0.3mol/L亚铁氰离子，碱浓度为1-8mol/L。
3.根据权利要求1所述的混合型锌镍液流电池，其特征在于：负极电解液包括0.1-0.8mol/L锌离子，碱浓度为1-8mol/L。
4.根据权利要求1所述的混合型锌镍液流电池，其特征在于：正负极电解液使用隔膜分隔，隔膜包括阳离子膜、阴离子膜或微孔膜。
5.根据权利要求1、2或3所述的混合型锌镍液流电池，其特征在于：碱为氢氧化钾或/和氢氧化钠。
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