CN1848506A - 钒离子液流蓄电池 - Google Patents

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宋永江
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FENGRI ELECTRIC GROUP Co Ltd CHANGSHA
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Abstract

钒离子液流蓄电池，传统的铅酸、镍镉等蓄电池因功率和能量强烈地依赖于极板面积和活性物质等的量，且使用寿命短、充放电时间长、污染大。本发明属于新能源领域中的液流电池技术，在电化学原理上，以液态的钒离子为活性物质，使不同化合价的钒离子发生氧化还原反应而贮存或释放电能，耐深充深放、寿命长，并且是一种清洁的贮能装置，应用广泛。

Description

钒离子液流蓄电池
                        技术领域
本发明涉及新能源领域的液流电池，特别是一种钒离子液流蓄电池。
                        背景技术
现有蓄电池大多因活性物质的软化、脱落等问题而导致电池失效，因其活性物质均为固态，如铅酸蓄电池阳：二氧化铅、阴：海绵铅。它们制造方式为：金属铅磨成粉后加水加硫酸调制成铅膏，然后涂敷在铅板栅上，通过固化、干燥、化成等工序后，阳阴极分别生成二氧化铅(PbO2)、海绵铅(Pb)，这些活性物质必须与铅板栅牢牢结合在一起，才能在它们发生能量转换时起到电子输送的目的。从其反应方程式：
可以看出反应中伴随着反应物质的状态变化，而三种固体物质的的密度又各不相同，PbO2为9.375g/cm3、Pb为11.35g/cm3、PbSO4为6.2g/cm3，所以在充放电过程中就会有显著的体积变化，尤其在深充深放时更明显，这种体积变化极容易造成电池的活性物质软化、脱落，一般蓄电池经过几百次充放电循环后就会失效。现有蓄电池因活性物质为固态，活性物质、电极与电解液必须在一起才能发挥作用，它输出的功率及所贮存的能量受极板表面积、电池壳的体积限制。
                        发明内容
本发明的目的是提供一种可以耐深度充放电、高倍率放电及循环寿命长，并可实现瞬间充电，可作后备型、储能型及牵引型电源的钒离子液流蓄电池。
本发明的目的是通过下述方式实现的：
本发明由两个电解液池和若干层的电池单元组成，电解液池分别盛放阳、阴极钒离子电解液，所述的若干层电池单元叠加在一起，每个电池单元由双极性电极、毡膜、流动框架、隔膜、流动框架、毡膜、双极性电极依次叠加而成，隔膜将单电池分开成阳、阴两个半单元；每个电解液池配有一个泵，以密封管道与每一个半单元相连；流动框架为密封管道流经每个半单元的通道，将阳、阴电解液池分别与阳阴半单元连通。
所述的阳极电解液含8-10mol/L的H2SO4及1～2mol/L的(VO2)2SO4溶液，余量为水；阴极电解液含8-10mol/L的H2SO4及1～2mol/L的VSO4溶液，余量为水。
阳极电解液含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的(VO2)2SO4溶液为较佳，余量为水。
阴极电解液含9mol/L的H2SO4及2mol/L的VSO4溶液为最佳，余量为水。
当已贮存能量的电解液在每一层的电池单元中流动时，电子就有流动到外部电路的趋势，接通外部电路就会产生电流，这就是放电过程。当外部电路将电流强加到电池时，相反的过程发生了，这就是给电池单元的电解液充电，然后再由泵输送回电解液池。(见附图2)
钒离子液流蓄电池是一种能将电解液中的化学能与电能相互转换的装置，它的电解液是由五氧化二钒溶解在硫酸溶液内而成。由于这个电化学反应是可逆的，所以该类电池既可以充电和也可以放电。充放电时随着两种钒离子化合价的变化，电能和化学能相互转换。(见附图3)。化学反应表达式：
阴极：
阳极：
电池额定电压为1.2V/单元，电池在25℃下，1mol/L的活性物质浓度时，标准电压为：1.26V/单元。该电池的阳阴电解液都采用五氧化二钒为原料，五氧化二钒理论放电量为3.396克/安时。电池的比功率达18w/kg，比能量达25Wh/kg。
本发明的一个最重要的特点是，峰值功率取决于电池堆的总表面积，而电池的电量则取决于电解液的多少。电池的活性物质为液态，可以自由流动，它的电极和电解液不一定放到一块，这就意味着能量的存放可以不受电池外壳的限制。不同等级的能量可以从电池堆中不同的电池单元或单元组中通过提供的电解液来得到。给电池堆充电和放电不一定需要用相同等级的电压。例如，该电池可以用串联电池堆的电压放电，而充电则可以在电池堆的另一部分用不同的电压进行。
本发明的电池活性物质为液态，整个反应中均为液相，不存在活性物质软化、脱落问题，因此可以耐深度充放电、高倍率放电及循环寿命长，并可以用更换溶液的方式进行充电，实现瞬间充电。所以该类电池可作后备型、储能型及牵引型电源，应用范围很广。如用于剧院、医院等需要紧急照明的地方；为潜艇、远洋轮船提供电力等；可用于电动汽车、潜艇等交通工具，可作为边远地区的储能及发电系统；可用于通讯、铁路和无线电转播站等用电场所；可作为大厦、机场、程控交换站备用电源；太阳能等清洁发电系统的配套储能装置以及用于电网调峰。该类电池是一种清洁无污染、可再生能源，没有对人体产生危害的铅、镉、汞等重金属。
                        附图说明
图1为本发明电池单元结构示意图。
图2为本发明电池系统结构示意图。
图3为本发明原理示意图。
1-隔膜  2-流动框架  3-双极性电极  4-毡膜  5-阳极电解液进口
6-阳极电解液出口  7-阴极电解液进口  8-阴极电解液出口
9-阳极电解液  10-阴极电解液  11-密封管道  12-电解液池
13-泵  14-电池壳  15-端电极  16-引出电极
A-表示一个电池单元
                      具体的实施方式
两个电解液池12和若干层的电池单元组成，电解液池12分别盛放阳、阴极电解液9、10，阳极电解液9含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的(VO2)2SO4溶液(最佳为2mol/L)，余量为水；阴极电解液10含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的VSO4溶液(最佳为2mol/L)，余量为水。所述的若干层电池单元叠加在一起，每个电池单元由双极性电极3、毡膜4、流动框架2、隔膜1、流动框架2、毡膜4、双极性电极3依次叠加而成，隔膜1将单电池分开成阳、阴两个半单元；每个电解液池12配有一个泵13，以密封管道11与每一个半单元相连；流动框架2为密封管道11流经每个半单元的通道，将阳、阴电解液池12分别与阳阴半单元连通。(见附图1)
当已贮存能量的电解液在每一层的电池单元中流动时，电子就有流动到外部电路的趋势，接通外部电路就会产生电流，这就是放电过程。当外部电路将电流强加到电池时，相反的过程发生了，这就是给电池单元的电解液充电，然后再由泵输送回电解液池。(见附图2)

Claims (4)

1、钒离子液流蓄电池，其特征在于：由两个电解液池和若干层的电池单元组成，电解液池分别盛放阳、阴极钒离子电解液，所述的若干层电池单元叠加在一起，每个电池单元由双极性电极、毡膜、流动框架、隔膜、流动框架、毡膜、双极性电极依次叠加而成，隔膜将单电池分开成阳、阴两个半单元；每个电解液池配有一个泵，以密封管道与每一个半单元相连；流动框架为密封管道流经每个半单元的通道，将阳、阴电解液池分别与阳阴半单元连通。
2、根据权利要求1所述的钒离子液流蓄电池，其特征在于：所述的阳极电解液含8-10mol/L的H2SO4及1～2mol/L的(VO2)2SO4溶液，余量为水；阴极电解液含8-10mol/L的H2SO4及1～2mol/L的VSO4溶液，余量为水。
3、根据权利要求1所述的钒离子液流蓄电池，其特征在于：阳极电解液含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的(VO2)2SO4溶液，为较佳，余量为水；阴极电解液含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的VSO4溶液为较佳，，余量为水；
4、根据权利要求1所述的钒离子液流蓄电池，其特征在于：阳极电解液含9mol/L的H2SO4及2mol/L的(VO2)2SO4溶液为最佳，余量为水；阴极电解液含9mol/L的H2SO4及2mol/L的VSO4溶液为最佳，余量为水。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101619465B (zh) * 2008-07-02 2010-12-22 中国科学院大连化学物理研究所 一种钒电池溶液的制备或容量调节的方法及其专用装置
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CN101814618B (zh) * 2009-02-23 2012-05-30 北京金能燃料电池有限公司 液流电池
CN101635363B (zh) * 2008-07-27 2012-05-30 比亚迪股份有限公司 一种全钒离子液流电池电解液及其制备方法及电池
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CN106275343A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 安徽远东船舶有限公司 一种全钒液流纯电动游艇

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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication