CN1507103A - 高能静态钒电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高能静态钒电池。其电解液可直接放入电极组件中，不需外加电解液罐，则不需要用泵将电解液打入电极组件中，故为静态钒电池。本高能静态钒电池的电解液中含高浓度钒离子稳定剂和活化剂。本高能静态钒电池结构简单，可做成矩形或圆柱形。本高能静态钒电池具有比能量高、结构简单、重量轻、充电快、寿命长等优点。本高能静态钒电池适用于各种移动车辆船舶，如电动自行车、电动滑板车、电瓶车、电动汽车，电动船等。也适用于某些电动工具，如电动割草机等，更适用于太阳能、风力储能及通讯储能装置。

Description

高能静态钒电池

                      技术领域

本发明涉及一种储能装置。特别是涉及一种高储能量静态钒电池。与一般液流钒电池比，它具有比能量高，不用单独设置正极、负极电解液罐。从而体积小，结构简单。

                      背景技术

液流钒电池在大型储能装置上的应用已被认可。其设计上的一大特点是电解液储存在正负电解液罐中，再由泵打入电极板组件中。大型储能钒电池之所以要如此设计，是因为钒离子在电解液中的浓度有一定的限制，超过一定的浓度极限，五价及二价钒离子都会沉淀或析出。所以液流钒电池，钒离子在电解液中的浓度一般都不超过2摩尔/升。在这样低的浓度下，为了提高能量，只有用加大液体罐中的电解液的量来实现，从而形成电解液罐与电极组件分体，再由泵将电解液打入电极板组件中。当然，用泵把电解液打入极板组件中也可使钒离子充分与极板接触，然后迅速离开以增加钒离子的扩散速度和活度。所以液流钒电池也被称为“钒液流动力电池”即动态钒电池。虽然，可用加大液体罐来储存更高的能量，但对一些小型储能装置，特别是移动工具及车辆所需的储能装置，却极不方便，以致十多年来，钒电池向大型储能装置发展如：几百千瓦级、甚至兆瓦级储能装置。

随着电动车辆及移动工具的发展，对可移动能源的需要越来越大。虽然大量铅酸电池被选用，但铅酸电池重量大、比能量低、不能深度放电、充电时间过长等缺点远不能满足移动能源的需求。另一方面，社会的发展使人类对环保提出更高的要求，重金属铅的污染是不可忽视的。虽然，镍氢电池、锂离子电池在移动能源上逐渐被采用，但由于价格高等其它原因，也受到一定的限制。

中国占有世界上60％以上的钒的储量，而且从白煤及钒钛磁铁矿中就可制得钒，成本比世界其他国家要低得多。并且，钒电池是一种氧化还原电池，是靠得电子、失电子来完成充、放电的，从生产、使用到回收，没有公害，符合环保原则。在中国，大力开发新型，特别是比能量高、结构简单、适用于移动能源的钒电池是有深远意义的。

要把钒电池用于移动能源上，首要问题是提高钒电池的比能量，即提高钒离子在电解液中的浓度。则要找到一种使五价及二价钒离子超过浓度极限仍不析出的方法。也要设计一种适用和简单的电池结构。经反复研制，我们找到了一种方法。也设计了一种适用和简单的电池结构。

                    发明内容

1.一种制造高能静态钒电池的方法。一种使五价、二价钒离子在电解液中超过极限浓度(约大于24摩尔/升)不会沉淀或析出的方法，具体说亦即在电解液中加入一些可使钒离子在电解液中超过极限浓度而不沉淀或析出的物质，包括有机物或无机物、液体或固体。这些物质包括：

(1)乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇、水合肼、丙酮、酒石酸、磺酸、硫酸、磷酸、草酸；

(2)柠檬酸铵、草酸铵、磷酸铵、硫酸铵、硫酸钠、硅酸钠、硅酸铝；

(3)羧甲基纤维素、木质素、壳聚糖、果糖、明胶、硅胶、聚酰胺；

2.防止钒离子超过浓度极限而不沉淀或析出的物质是由以上(1)、(2)、(3)类中至少两种或多种选择组合而成。以下称这类组合物为稳定剂。

3.这类稳定剂添加在正极电解液和负极电解液中，可以是同样的组合，也可以是不同的组合。

4.这类稳定剂加入钒离子电解液中的量为：0.05％到20％；

5.根据需要，这类稳定剂可使钒电解液保持液态，也可使钒电解液形成胶体，但都可防止钒离子在超过极限浓度时不沉淀或析出。

6.这类稳定剂适用于钒离子电解液浓度为2摩尔/升，到6摩尔/升。

7.这类稳定剂的加入量可随钒离子摩尔浓度不同而增减；

8.为使高能静态钒电池具有高的活性，我们设置了一种活性添加剂，由双蒸馏水调制而成。这种活性添加剂的量不超过电解液总量的1％。

                      附图说明

高能静态钒电池的结构较简单。说明书附图为本发明结构示意图。图1为矩形结构，其中1外壳、2碳素正极板、3复合生物隔膜、4碳塑负极板、5正极电解液、6负极电解液，7隔板。图2为园柱形结构，其中1外壳、2碳素正极圈、3复合生物隔膜、4碳塑负极圈、5正极电解液、6负极电解液。

                具体实施方式

1.先制备好2.8摩尔/升的四价钒离子电解液(正极电解液)及三价钒离子电解液(负极电解液)，分别放入高能静态钒电池正、负极中，再将酒石酸、乙二醇及水合肼组成的稳定剂，按钒电解液总量的2％比例加入到正、负极电解液中，再加入0.5％的活化剂，进行充电以达2.8摩尔/升五价钒离子及二价钒离子电解液。

2.先制备好4.5摩尔/升的四价钒离子电解液(正极电解液)及三价钒离子电解液(负极电解液)，分别放入高能静态钒电池正、负极中，将由羧甲基纤维素、丙三醇、磷酸组成的稳定剂，按钒离子电解液总量的5％比例加入钒离子电解液中，再加入0.9％的活化剂，混合均匀，静止24小时，再进行充电以达4.5摩尔/升五价钒离子及二价钒离子电解液。

Claims (4)

1.本发明为不需外加电解液罐，不需要用泵将电解液打入电极组件中的高能静态钒电池。

2.本高能静态钒电池的电解液中，包含有使钒离子在较高浓度下不沉淀、不析出的稳定剂及活化剂。

该稳定剂由下列物质中两种或多种组合而成。

(1)乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇、水合肼、丙酮、酒石酸、磺酸、硫酸、磷酸、草酸；

(2)柠檬酸铵、草酸铵、磷酸铵、硫酸铵、硫酸钠、硅酸钠、硅酸铝；

(3)羧甲基纤维素、木质素、壳聚糖、果糖、明胶、硅胶、聚酰胺。

稳定剂的加入量为电解液总量的0.05％到20％。

3.本高能静态钒电池的结构有矩形结构和圆柱形结构。

4.本高能静态钒电池适合在电动车辆船舶、电动工具、太阳能、风力储能及通讯储能方面的应用。