CN112397756A - 一种铅酸液流电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铅酸液流电池,具体涉及蓄电池领域,用活性碳粉与高密度的聚乙烯混合压成基板,在基板上压合一层去网状结构的玻璃态化碳层后,再将表面粗化形成正极板;在基板上复合一层紧密的泡沫镍层形成负极板,由0.1至1.5mol/L甲磺酸铅和0.9至3.7mol/L甲磺酸组成电解液。本发明能克服现行氧化还原液流电池缺陷的铅酸液流电池。
Description
技术领域
本发明属于蓄电池领域,具体涉及一种铅酸液流电池。
背景技术
电化学液流电池(Electrochemical flow cell)通常称为氧化还原液流电池(Redox flow cell)是一种大型储能装置。最早由查内尔(Thaller)提出氧化还原液流电池概念。上世纪七十年代美国最先开发Fe3+/Fe2+及全钒(V5+/V4+、V2+/V3+)液流电池,目前在美、日、澳等国有市售产品,当前中国没有一家企业跨入该电池行业,至今尚未涉足该储能装置的研发领域。
参见附图1,目前氧化还原液流电池典型的结构,液流电池的活性物质是液态,即作为电极反应活物质,又兼任电解液作电极在工作中不发生结构变化,理论上可以无限期使用,正负极活物质通过选择性透过膜隔开,氧化还原反应分别在隔膜两边进行,单电池由双极板(正极与负极)及隔膜组成,可以串联多个单电池组成大的不同型号(规格)的电堆,实现大规模储能。电池电压由串联单电池的数量与活性物质类别所决定。电池容量由储液罐内活物质多少决定,可以100%深放电而对电池基本无损害,电池可以“即时充电”(零时间)即更换活物质的储液罐或开始流动即可。这类电池寿命可达20年以上,具有可靠性高、制造成本、运行及维护成本都较低、无噪音、无污染、建设周期短等特点和优点。变换一个视角来看,我们可以把液流电池当成一个循环充放电“燃料电池”。它不仅是一个消耗化学能转为电能的装置,而且还是一个比“燃料电池”有更大发展空间的电能供给装置;
现行的多硫化钠/溴液流电池、全矾液流电池、钒溴液流电池、铁/铬流流电池、锌/溴等氧化还原液流电池存在的缺陷是:
1、需要离子选择性透过的隔膜,为防止正负极活性物质的交叉渗透,引起容量的损失,又能让H3O+自由通过,即形成回路,对隔膜的要求较高,价格昂贵,是目前现行液流电池发展的瓶颈;
2、需要供给正、负极活物质反应的泵要两个(正、负极各一个),液流电池的正负极正负极电解液被分装在两个储液罐中,各由一个泵使溶液流经电池,在离子交换膜两侧的电极上分别发生氧化和还原反应
发明内容
本发明的目的是提供一种铅酸液流电池,能克服现行氧化还原液流电池缺陷的铅酸液流电池。
本发明提供了如下的技术方案:
一种铅酸液流电池,采用活性碳粉与高密度的聚乙烯混合压成基板,在基板上压合一层去网状结构的玻璃态化碳层后,再将表面粗化形成正极板;在基板上复合一层紧密的泡沫镍层形成负极板,由0.1至1.5mol/L甲磺酸铅和0.9至3.7mol/L甲磺酸组成电解液。
优选的,基板中活性碳粉和高密度聚乙烯的质量比为6:1。
优选的,基板上压合一层玻璃态化碳层时的压力为8kg/cm2,温度为160至180℃。
优选的,基板上复合一层紧密的泡沫镍层时的压力为8kg/cm2,温度为160至180℃。
优选的,电解液中Pb(CH3SO3)2浓度越高,CH3SO3H浓度则越高,充电态中Pb2+浓度高,H+低,放电则反之。
优选的,电池还包括负极铅电极的调整剂和正极催化剂,负极铅电极的调整剂为木素磺酸钠,正极催化剂为具有Bi3+和Ni2+的可溶性盐,其含量分别为木素磺酸钠为0.1至0.9%,Bi3+和Ni2+的可溶性盐各为0.1至0.5%。
优选的,在电解液中还添加1至10mmol/L的C16H33(CH3)N+的电解液添加剂,主要是促使电极表面平滑,防止铅枝晶生成。
优选的,电池电极充放电的电流密度为1至10mA/cm2,较高的电流密度电池充电未期正负电极产生的析氧和析氢较多,充电效率明显降低,副反应明显。
本发明的有益效果:
本发明仅一种单独含二价铅离子的电液,它是进行氧化还原反应的活物质,只要一个储液罐,一个泵就可进行工作。不需要隔膜,降低了昂贵的隔膜成本。从化学平衡角度来看,只要求电液中有大量可溶性铅(Ⅱ)存在,也就是一个简单的溶解过程,易懂、易掌控。且负极铅电极的添加剂木素磺酸钠和正极催化剂Bi3+和Ni2+的可溶性盐的加入,增加了充电过程的电极电位,减少了负极过程的充电析氢和正极析氧,电池的充电效率得到极大提高,方便了维护。C16H33(CH3)N+的电解液添加剂,形成了充放电过程电极表面平整的铅和二氧化铅沉淀光滑的表面,有效地阻止了铅枝晶造成的能量损失。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为现有技术结构图;
图2为本发明电池结构图。
具体实施方式
实施案例1
1、基板制备:
将碳粉和高密度的聚乙烯以6:1的质量比混合均匀,压成基板。
2、正极板制备:
在压力为8kg/cm2,温度为160至180℃的条件下,于基板上压合玻璃态化碳,添加0.1%Bi3+和0.5%Ni2的或溶性盐作为催化剂形成正极板。
3、负极板制备:
在压力为8kg/cm2,温度为160至180℃的条件下,于基板上复合泡沫镍层,添加0.2%木素磺酸钠形成负极板。
3、电解液的配备:
将1.5mol/LPb(CH3SO3)2和0.9mol/LCH3SO3H组成电解液充分混合再加入10mmol/L的C16H33(CH3)N+电解液添加剂。
4、电池充放电流密度控制:
电池充放电的电液流速控制在5mA/cm2,充放电效率可达90%以上。
实施案例2
1、基板制备:
将碳粉和高密度的聚乙烯以6:1的质量比混合均匀,压成基板。
2、正极板制备:
在压力为8kg/cm2,温度为160至180℃的条件下,于基板上压合玻璃态化碳,添加0.2%Bi3+和0.5%Ni2的或溶性盐作为催化剂形成正极板。
3、负极板制备:
在压力为8kg/cm2,温度为160至180℃的条件下,于基板上复合泡沫镍层,添加0.3%木素磺酸钠形成负极板。
3、电解液的配备:
将0.5mol/LPb(CH3SO3)2和2.9mol/LCH3SO3H组成电解液充分混合。
4、电池充放电流密度控制:
电池充放电的电液流速控制在3mA/cm2,充放电效率可达90%以上。
5、电池使用6个月后加入8mmol/L的C16H33(CH3)N+电解液添加剂,以提高电池充放电效率,降低维护成本。
实施案例3
1、基板制备:
将碳粉和高密度的聚乙烯以6:1的质量比混合均匀,压成基板。
2、正极板制备:
在压力为8kg/cm2,温度为160至180℃的条件下,于基板上压合玻璃态化碳,添加0.2%Bi3+和0.5%Ni2的或溶性盐作为催化剂形成正极板。
3、负极板制备:
在压力为8kg/cm2,温度为160至180℃的条件下,于基板上复合泡沫镍层,添加0.3%木素磺酸钠形成负极板。
3、电解液的配备:
将0.1mol/LPb(CH3SO3)2和3.7mol/LCH3SO3H组成电解液充分混合。4、电池充放电流密度控制:
电池充放电的电液流速控制在1mA/cm2,充放电效率可达90%以上。
5、电池使用6个月后加入6mmol/L的C16H33(CH3)N+电解液添加剂,以提高电池充放电效率,降低维护成本。
本发明具体实施案例1至3组成电液起始浓度与充电后开路电压、充电效率及能效的关系如下表:
铅酸液流电池是全钒液流电池的发展和延伸,全钒液流电池要隔膜,有两种液态活物质,不甚方便,需要有两个泵进行运作,而铅酸液流电池与传统铅酸电池不同,它是基于铅(Ⅱ)在甲磺酸中有极大的溶解度,含铅(Ⅱ)离子的甲磺酸既是电解液,又是活物质,铅酸液流电池电化学反应(电极反应)如下:
本专利铅酸液流电池最优秀的电液是甲磺酸,甲磺酸的水溶液是一种性较温和的中强酸,危险性小,是铅酸液流电池最受关注的电液
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种铅酸液流电池,其特征在于:用活性碳粉与高密度的聚乙烯混合压成基板,在基板上压合一层去网状结构的玻璃态化碳层后,再将表面粗化形成正极板;在基板上复合一层紧密的泡沫镍层形成负极板,由0.1至1.5mol/L甲磺酸铅和0.9至3.7mol/L甲磺酸组成电解液。
2.根据权利要求3的一种铅酸液流电池,其特征在于:基板中活性碳粉和高密度聚乙烯的质量比为6:1。
3.根据权利要求4的一种铅酸液流电池,其特征在于:基板上压合一层玻璃态化碳层时的压力为8kg/cm2,温度为160至180℃;基板上复合一层紧密的泡沫镍层时的压力为8kg/cm2,温度为160至180℃。
4.根据权利要求1的一种铅酸液流电池,其特征在于:电解液中Pb(CH3SO3)2浓度越高,CH3SO3H浓度则越高,充电态中Pb2+浓度高,H+低,放电则反之。
5.根据权利要求1的一种铅酸液流电池,其特征在于:电池还包括负极铅电极的调整剂和正极催化剂,负极铅电极的调整剂为木素磺酸钠,正极催化剂为具有Bi3+和Ni2+的可溶性盐,其含量分别为木素磺酸钠为0.1至0.9%,Bi3+和Ni2+的可溶性盐各为0.1至0.5%。
6.根据权利要求1的一种铅酸液流电池,其特征在于:在电解液中还添加1至10mmol/L的C16H33(CH3)N+的电解液添加剂;电池电极充放电的电流密度为1至10mA/cm2。
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