CN113328120A - 一种低压氢镍电池储能系统及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压氢镍电池储能系统及制备方法，包括N个低压氢镍电池以串联或并联方式形成的低压氢镍电池模组，N≥2；M个低压氢镍电池模组相互连接构成低压氢镍电池储能系统，M≥2；低压氢镍电池模组通过电池模组气管连接到低压固态储氢罐，低压固态储氢罐与氢镍电池之间管道上安装控制阀门；本发明低压固态储氢罐中的储氢材料与电池分离，可有效解决氢镍电池自放大的问题、可消除电解液对储氢材料的腐蚀，可大幅度延长电池的循环寿命和使用年限；透气膜为防水防氧透氢材料制备，避免电解液接触到贮氢材料粉，增长使用寿命。

Description

一种低压氢镍电池储能系统及制备方法
技术领域
本发明涉及储能电池技术领域，具体涉及一种低压氢镍电池储能系统及制备方法。
背景技术
目前，世界能源需求日益增加的同时，对环保的要求也同样重视。因此，原有的类似石油等能源比重都尽量减少或避免，开发低碳清洁能源成为各国争取的对象。从目前来看，光伏、风电、水电比较成熟，应用也逐渐增多。但是他们都有受条件限制导致发出的电量不均衡的影响。例如光伏就受到日照等天气的影响。风电同样受到风力、风向、间歇不稳定、季节变化等影响。水电也受到如季节等影响。因此这些发电站增加一些调节或稳定输出电量的设备或装置非常重要。
从目前技术发展水平和手段来看，增加一些配套的储能电源比较合理。但现有的化学电源，比较普遍的和经济的有锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池、液流电池、燃料电池等。但是，锂离子电池难以满足大规模储能对安全性的要求，且寿命一般，不耐过充过放。铅酸电池含铅不环保，且使用寿命有限。钠硫电池通常在350℃左右高温工作，金属钠也难以保障安全。液流电池主要是钒液流电池，低的比能量、钒电解质及隔膜等导致一次投入成本高，长期运行还存在正负电解液相互干扰等问题。电解水制氢再利用燃料电池发电也是一种储能方案，其最大的问题是电能效率仅约30％左右，大量的能源被浪费了。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提供一种超长寿命、价格适中、能耐过充过放，安全性高、低碳环保的低压氢镍电池储能系统及制备方法。
本发明采用的技术方案是：
一种低压氢镍电池储能系统，包括N个低压氢镍电池以串联或并联方式形成的低压氢镍电池模组，N≥2；M个低压氢镍电池模组相互连接构成低压氢镍电池储能系统，M≥2；低压氢镍电池模组通过电池模组气管连接到低压固态储氢罐。
进一步的，所述低压氢镍电池模组气管包括用于密封电池气管接口的透气膜；透气膜为防水防氧透氢膜；透气膜连接到第一接口一端，第一接口另一端连接第一总管；第一总管上设置有用于连接低压固态储氢罐的第二接口。
进一步的，所述低压固态储氢罐包括罐内充填用于吸放氢的储氢材料和低压固态储氢罐上用于控制电池自放电的阀门。
进一步的，所述阀门设置到一端连接低压固态储氢罐的第三接口上；第三接口另一端连接到第二总管；第二接口均连接到第二总管。
进一步的，所述低压氢镍电池包括多个电池元件，电池元件包括至少一个负极片、至少一个正极片和至少一个隔膜；还包括用于设置电池元件的壳体，壳体上设置有电池气管接口和正负极柱；N个低压氢镍电池通过紧固件固定在一起，N个低压氢镍电池的正负极柱通过连接片连接。
进一步的，所述电池元件以卷绕或叠片形式构成。
一种低压氢镍电池储能系统的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将N个低压氢镍电池串联或并联，得到低压氢镍电池模组；
步骤2：将M个低压氢镍电池模组的正负极通过导线连接，M个低压氢镍电池模组的气管连接并汇流，连接到低压固态储氢罐即可得到所需低压氢镍电池储能系统。
进一步的，所述低压氢镍电池中的正极片制备过程如下：
将氢氧化亚镍调浆后涂敷于泡沫镍或镀镍钢带上，压片裁切成正极片；
低压氢镍电池中的负极片制备过程如下：
将催化剂附着在基体上，压片裁切成负极片，其中基体为泡沫镍、镀镍钢带或碳纸中的一种。
进一步的，所述M个低压氢镍电池模组通过串联或并联方式连接。
进一步的，所述催化剂附着在基体上的方法可以采用涂覆、电镀、化学镀、溅射中的一种。
本发明的有益效果是：
(1)本发明储氢罐中的氢气与电池分离，可有效解决氢镍电池自放大的问题；
(2)本发明中的透气膜为防水防氧透氢材料制备，避免电解液接触到贮氢材料粉，增长电池或系统的使用寿命；
(3)本发明中的贮氢材料放置在电池外固态储氢罐中，与电解液隔离，可消除电解液对储氢材料的腐蚀，可大幅度延长电池的循环寿命和使用年限；
(4)本发明中采用固态储氢材料储存氢气，相对于使用气态氢的氢镍电池，体积大幅度减小，电池成本降低。
附图说明
图1为本发明中低压氢镍电池模组的结构示意图。
图2为本发明中低压氢镍电池模组气管的结构示意图。
图3为本发明中低压氢镍电池模组以串联形式连接构成的氢镍电池储能系统结构示意图。
图4为本发明中低压氢镍电池模组以并联形式连接构成的氢镍电池储能系统结构示意图。
图5为本发明中低压固态储氢罐结构示意图。
图6为本发明中电池元件以叠片形式构成形成的电池结构示意图。
图7为本发明中电池元件以卷绕形式构成形成的电池结构示意图。
图中：1-低压氢镍电池，2-紧固件，3-电池气管接口，4-连接片，5-正负极柱，6-透气膜，7-第一接口，8-第一总管，9-第二接口，10-储氢材料，11-低压固态储氢罐，12-第二总管，13-第三接口，14-阀门，15-负极片，16-隔膜，17-正极片，18-壳体，19-气室。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
一种低压氢镍电池储能系统，包括N个低压氢镍电池1以串联或并联方式形成的低压氢镍电池模组，N≥2；M个低压氢镍电池模组相互连接构成低压氢镍电池储能系统，M≥2；低压氢镍电池模组通过电池模组气管连接到低压固态储氢罐11。低压氢镍电池模组结构如图1所示。
电池模组气管包括用于密封电池气管接口3的透气膜6；透气膜6为防水防氧透氢膜；透气膜6连接到第一接口7一端，第一接口7另一端连接第一总管8；第一总管8上设置有用于连接低压固态储氢罐11的第二接口9。具体结构如图2所示。
低压固态储氢罐11包括罐内充填用于吸放氢的储氢材料10和低压固态储氢罐11上用于控制电池自放电的阀门14。阀门14设置到一端连接低压固态储氢罐11的第三接口13上；第三接口13另一端连接到第二总管12；第二接口9均连接到第二总管12。
低压氢镍电池1包括多个电池元件，电池元件包括至少一个负极片15、至少一个正极片17和至少一个隔膜16；还包括用于设置电池元件的壳体18，壳体18上设置有电池气管接口3和正负极柱5。
N个低压氢镍电池通过紧固件2固定在一起，N个低压氢镍电池的正负极柱5通过连接片4连接。
电池元件以卷绕或叠片形式构成。图7为电池元件以卷绕形式构成的圆柱形电池，图6为电池元件以叠片形式构成的方形电池。根据需要制成合适大小尺寸或容量的电芯(即电池元件)。将电芯装入壳体18，注液、封口得到所需低压氢镍电池(电池预留气管接口3)。低压氢镍电池1根据使用场合进行串并联组合，得到所需低压氢镍电池模组。
一种低压氢镍电池储能系统的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将N个低压氢镍电池串联或并联，得到低压氢镍电池模组；
步骤2：将M个低压氢镍电池模组的正负极通过导线连接，M个低压氢镍电池模组的气管连接并汇流，连接到低压固态储氢罐11即可得到所需低压氢镍电池储能系统。
低压氢镍电池中的正极片制备过程如下：
将氢氧化亚镍调浆后涂敷于泡沫镍或镀镍钢带上，压片裁切成正极片；
低压氢镍电池中的负极片制备过程如下：
将催化剂附着在基体上，压片裁切成负极片。催化剂附着在基体上的方法可以采用涂覆、电镀、化学镀、溅射中的一种。基体为泡沫镍、镀镍钢带或碳纸中的一种。
M个低压氢镍电池模组通过串联或并联方式连接。低压氢镍电池模组的正负极通过导线连接并汇总，低压氢镍电池模组气管通过气管连接并汇流，得到所需电池堆即低压氢镍电池储能系统。
电池堆总正负极与发电机组连接，同时与输出线路相连，通过开关控制电池堆的工作状态。电池堆总气管即第二总管12与固态低压贮氢罐即储氢罐11相连，连接处设置阀门14。
本发明中固态储氢罐11中氢气与低压氢镍电池分离，可有效解决氢镍电池自放大的问题。贮氢材料放置在电池外的固态储氢罐11内，与电解液隔离，可消除电解液对储氢材料10的腐蚀，可大幅度延长电池的循环寿命和使用年限。储氢材料10可将氢气压缩1000多倍，相比于现有氢镍电池使用气态氢气，体积大幅度缩小，体积能量密度大幅度提高。低压氢镍电池工作氢压小于0.1MPa，使用安全性很高，还可降低电池的自放电。采用储氢材料10储存氢气可稳定氢气工作时的压力，消除现有气态氢工作电压倾斜的问题，并且电池充放电特性更好，放电电压更稳定。

Claims (10)

1.一种低压氢镍电池储能系统，其特征在于，包括N个低压氢镍电池(1)以串联或并联方式形成的低压氢镍电池模组，N≥2；M个低压氢镍电池模组相互连接构成低压氢镍电池储能系统，M≥2；低压氢镍电池模组通过电池模组气管连接到低压固态储氢罐(11)。
2.根据权利要求1所述的一种低压氢镍电池储能系统，其特征在于，所述电池模组气管包括用于密封电池气管接口(3)的透气膜(6)；透气膜(6)为防水防氧透氢膜；透气膜(6)连接到第一接口(7)一端，第一接口(7)另一端连接第一总管(8)；第一总管(8)上设置有用于连接低压固态储氢罐(11)的第二接口(9)。
3.根据权利要求1所述的一种低压氢镍电池储能系统，其特征在于，所述低压固态储氢罐(11)包括罐内充填用于吸放氢的储氢材料(10)和低压固态储氢罐(11)上用于控制电池自放电的阀门(14)。
4.根据权利要求3所述的一种低压氢镍电池储能系统，其特征在于，所述阀门(14)设置到一端连接低压固态储氢罐(11)的第三接口(13)上；第三接口(13)另一端连接到第二总管(12)；第二接口(9)均连接到第二总管(12)。
5.根据权利要求1所述的一种低压氢镍电池储能系统，其特征在于，所述低压氢镍电池(1)包括多个电池元件，电池元件包括至少一个负极片(15)、至少一个正极片(17)和至少一个隔膜(16)；还包括用于设置电池元件的壳体(18)，壳体(18)上设置有电池气管接口(3)和正负极柱(5)；N个低压氢镍电池(1)通过紧固件(2)固定在一起，N个低压氢镍电池的正负极柱(5)通过连接片(4)连接。
6.根据权利要求5所述的一种低压氢镍电池储能系统，其特征在于，所述电池元件以卷绕或叠片形式构成。
7.如权利要求1～6任一种低压氢镍电池储能系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将N个低压氢镍电池串联或并联，得到低压氢镍电池模组；
步骤2：将M个低压氢镍电池模组的正负极通过导线连接，M个低压氢镍电池模组的气管连接并汇流，连接到低压固态储氢罐(11)即可得到所需低压氢镍电池储能系统。
8.根据权利要求7所述的一种低压氢镍电池储能系统的制备方法，其特征在于，所述低压氢镍电池中的正极片制备过程如下：
将氢氧化亚镍调浆后涂敷于泡沫镍或镀镍钢带上，压片裁切成正极片；
低压氢镍电池中的负极片制备过程如下：
将催化剂附着在基体上，压片裁切成负极片，其中基体为泡沫镍、镀镍钢带或碳纸中的一种。
9.根据权利要求7所述的一种低压氢镍电池储能系统的制备方法，其特征在于，所述M个低压氢镍电池模组通过串联或并联方式连接。
10.根据权利要求8所述的一种低压氢镍电池储能系统的制备方法，其特征在于，所述催化剂附着在基体上的方法可以采用涂覆、电镀、化学镀、溅射中的一种。
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