CN111653799A - 一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法，涉及液流电池领域。包括以下步骤：组装液流电池，所述电池包括隔膜、正负极多孔电极、双极板、正负极储液罐、正负极循环泵和密封紧固装置；电池的正极储液罐注入酸性溶液，负极储液罐注入含有二价锡离子的酸性溶液，并启动循环泵；对电池进行充电，使负极溶液中的锡沉积于负极电极表面；将电池拆开，取出负极电极，清洗并烘干；再次组装电池，其中负极电极为经过清洗和烘干的电极；向电池的正负极储液罐中注入碱性溶液。经过该方法处理的锡电极应用于锡基碱性液流电池，锡在多孔电极表面沉积性变好，使得电池效率、活性物质利用率和电池的循环寿命同时得到提升。
Description
技术领域
本发明涉及液流电池领域，特别涉及一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法。
背景技术
液流电池是一种大规模储能装置，功率由电堆决定，容量由电解液决定，因此功率和容量相互独立，设计灵活。此外，液流电池还具有安全性好、生命周期长、环境友好等优势，可作为可再生能源发电的调节装置，也是智能电网建设的重要组成部分。
诸多液流电池技术中，当前应用最广，技术最为成熟的是全钒液流电池，但是由于使用了价格较高的钒元素作为活性物质，该液流电池的成本较高，是限制其广泛应用的最重要因素之一。为解决上述问题，采用更为廉价元素的“溶解-沉积型”成为一种有效的替代方案，此类电池的负极选用最为普遍的是“锌”和“锡”两类元素。
锌电极目前用于碱性体系，电极电势较负，因此电池一般具有较高的电动势，而且成本低，循环性能好。但是锌电极具有十分严重的枝晶问题，存在显著的安全隐患。锡电极目前用于酸性体系，无枝晶风险，但电极电池较正，所以电池的电动势不高。
锡电极在碱性体系中具有比酸性条件更负的电极电势，无枝晶，并且可以将负极电化学反应的摩尔电子数提升至4，具有更为突出的技术和成本优势。然而，碱性条件下锡在多孔电极表面沉积性差，使得电池的效率不高、活性物质利用率和循环性能都较差，是制约锡基碱性液流电池发展的主要问题。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法。改善碱性条件下锡在多孔电极表面沉积性，从而提高电池效率、活性物质利用率和循环性能，进而促进该技术的发展。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法，包括以下步骤：
步骤1、组装液流电池，所述电池包括隔膜、正负极多孔电极、双极板、正负极储液罐、正负极循环泵和密封紧固装置；
步骤2、向步骤1所述电池的正极储液罐注入酸性溶液，负极储液罐注入含有二价锡离子的酸性溶液，并启动循环泵使正负极溶液循环于各自储液罐和多孔电极；
步骤3、对注入溶液之后的电池进行充电，使负极溶液中的二价锡离子以锡单质的形式沉积于负极电极表面；
步骤4、将充电之后的电池拆开，取出负极电极，清洗并烘干备用；
步骤5、再次组装如步骤1所述的液流电池，其中使用的负极电极为步骤4中经过清洗和烘干的电极；
步骤6、向步骤5所述电池的正负极储液罐中注入碱性溶液。
进一步的，所述步骤1和步骤5中，液流电池正极多孔电极与负极多孔电极由所述隔膜隔开，所述双极板置于正负极多孔电极外侧；通过密封紧固装置封装电池。
优选的，所述的酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲基黄酸、氢溴酸、氢氟酸中的一种或一种以上，浓度为0.01～15mol L-1。所述的二价锡离子浓度为0.01～5mol L-1。所述的充电电流密度为0.1～1000mAcm-2，充电截止电压为0.4～2.0V。所述的烘干温度为室温～150℃。所述的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钡、氢氧化钙中的一种或一种以上，浓度为0.1～20mol/L。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
本发明将经过预处理的锡电极应用于碱性锡基液流电池，锡在多孔电极表面沉积性变好，使得电池效率、活性物质利用率和电池的循环寿命同时得到提升。
附图说明
图1是本发明涉及的液流电池示意图；
图中，1.隔膜，2.正极多孔电极，3.负极多孔电极，4.双极板，5.正极储液罐，6.负极储液罐，7.循环泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法，包括以下步骤：
步骤1：组装液流电池，所述电池包括隔膜1、正极多孔电极2和负极多孔电极3、双极板4、正极储液罐5和负极储液罐6、正负极循环泵7和密封紧固装置；采用全氟磺酸离子交换膜为电池隔膜，石墨毡为正负极多孔电极，导电塑料板为双极板；如图1所示；
步骤2：向步骤1所述电池正极储液罐5中注入2mol/L硫酸亚铁和6mol/L盐酸的酸性溶液作为正极电解液；向负极储液罐6中注入2mol/L氯化亚锡和3mol/L硫酸的酸性溶液作为负极电解液，启动正负极循环泵7使正负极溶液循环于各自储液罐和多孔电极；
步骤3：对注入溶液之后的电池进行充电，充电电流密度100mAcm-2，充电截止电压1.5V，使负极溶液中的二价锡离子以锡单质的形式沉积于负极多孔电极3表面；
步骤4：将充电之后的电池拆开，取出负极电极，清洗并烘干备用，烘干温度105℃；
步骤5：再次组装步骤1所述的液流电池，其中使用的负极电极为步骤4经过清洗和烘干的电极；组装后的电池结构如图1所示；
步骤6：向步骤5所述电池的正极储液罐5中注入0.8mol/L铁氰化钾和5mol/L氢氧化钠的碱性溶液作为正极电解液，向负极储液罐6中注入5mol/L氢氧化钾的碱性溶液作为负极电解液。
本实施例中，按上述步骤对锡电极进行预处理，并应用于锡铁碱性液流电池后，电池性能得到显著提升，具体如下：
未预处理：电池在50mAcm-2的电流密度下，能量效率72％，首次充电活性物质利用率60％，电池50次循环之后，放电容量衰减至初始值的23％；
经过预处理：电池在50mAcm-2的电流密度下，能量效率81％，首次充电活性物质利用率93％，电池50次循环之后，放电容量衰减至初始值的67％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、组装液流电池，所述电池包括隔膜、正负极多孔电极、双极板、正负极储液罐、正负极循环泵和密封紧固装置；
步骤2、向步骤1所述电池的正极储液罐注入酸性溶液，负极储液罐注入含有二价锡离子的酸性溶液，并启动循环泵使正负极溶液循环于各自储液罐和多孔电极；
步骤3、对注入溶液之后的电池进行充电，使负极溶液中的二价锡离子以锡单质的形式沉积于负极电极表面；
步骤4、将充电之后的电池拆开，取出负极电极，清洗并烘干备用；
步骤5、再次组装如步骤1所述的液流电池，其中使用的负极电极为步骤4中经过清洗和烘干的电极；
步骤6、向步骤5所述电池的正负极储液罐中注入碱性溶液。
2.根据权利要求1所述的一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法，其特征在于：所述步骤1和步骤5中，液流电池正极多孔电极与负极多孔电极由所述隔膜隔开，所述双极板置于正负极多孔电极外侧；通过密封紧固装置封装电池。
3.根据权利要求1或2所述的一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法，其特征在于：所述步骤2中，所述的酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲基黄酸、氢溴酸、氢氟酸中的一种或一种以上，浓度为0.01～15mol L-1。
4.根据权利要求1或2所述的一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法，其特征在于：所述步骤2中，所述的二价锡离子浓度为0.01～5mol L-1。
5.根据权利要求1或2所述的一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法，其特征在于：所述步骤3中，所述的充电电流密度为0.1～1000mAcm-2，充电截止电压为0.4～2.0V。
6.根据权利要求1或2所述的一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法，其特征在于：所述步骤4中，所述的烘干温度为室温～150℃。
7.根据权利要求1或2所述的一种锡基碱性液流电池锡负极的预处理方法，其特征在于：所述步骤6中，所述的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钡、氢氧化钙中的一种或一种以上，浓度为0.1～20mol/L。
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