[发明专利]一种浮体电解质液态储能电池单体结构

说明书

技术领域

本发明属于储能电池技术领域，特别涉及一种浮体电解质液态储能电池单体结构。

背景技术

发电、输电、配电、储电、用电是电力产业链的五大重要环节，而规模化高效储能技术是迫切需要但又亟待解决的关键核心技术，也是解决可再生能源发电的随机性和间歇性，改善可再生能源发电质量，推进可再生能源普及应用的重要技术。

成本和寿命是衡量一种技术是否适合应用于储能领域的关键指标。通常认为，要使一种化学电池具有大规模储能的开发价值，它的制作成本要低于$150/KWh，寿命要大于10yr。而目前的化学电池均由于高的制作储能而不适合用于大规模储能，例如钠硫电池为$500/KWh，铅酸电池为$500/KWh，锂离子电池为$1000/KWh。阵列浮体电解质液态储能电池由于具有独特的三层液体结构，其单体电池理论上不受体积限制，因此原本需要用大量的电池单体组建的一个储能系统如今只需要由几个电池单体组成；另外由于电池所用材料均为常用材料，因此大大降低制作成本。

在寿命方面，由于电池在充放电时两个电极不断生成与消失，减小了电极材料的性能衰减；另外，该电池采用液态电解质，避免了固体电解质膜由于破裂从而造成电池失效的风险。提高电池使用寿命。

现有的液态电池存在以下两个方面的问题：

（1）电解质欧姆极化较大。由于在电池工作过程中电解质液面的波动，目前液态金属电池电解质层厚度较大，一般来说厚度不能小于5mm，这势必造成过大的欧姆极化，因而限制该电池的产业化开发；

（2）电解质-电极界面稳定性有待进一步提高。液态储能电池包含有活性熔融盐、熔融金属复杂体系，杂志元素、界面浸润特性、充放电过程、温度变化等因素都有可能造成界面稳定性下降。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种浮体电解质液态储能电池单体结构。

一种浮体电解质液态储能电池单体结构，所述电池单体结构的密封壳内设置凹槽形坩埚底座，其外壁和外侧底面分别与密封壳的内壁及内侧底面相连；所述坩埚底座内设置导管，其外壁与底面分别与坩埚底座的内壁和内侧底面相连；所述坩埚底座和导管的顶端分别与密封壳相连；所述坩埚底座内下部设置正极电极，其外壁及底面分别与导管内壁及坩埚底座内侧底面相连；在正极电极底部中央位置设置正极集流器，其顶端位于正极电极中部，其底端穿过坩埚底座与密封壳相连；

所述正极电极顶端表面上设置一个或多个固体电解质，所述固体电解质为片状或底端封口管状；

当所述固体电解质为片状时，在固体电解质上方设置负极金属电极，其外壁与导管的内壁相连；在由固体电解质、正极电极、负极金属电极和导管构成的腔体中，填充液态电解质；在负极金属电极中部中央位置设置负极集流器，其底端位于负极金属电极中部，其顶端穿过密封壳，位于密封壳外；

当所述固体电解质为底端封口管状时，其底端与正极电极相接触，其管内填充负极金属电极，其管外侧正极电极上填充一层液态电解质；所述液态电解质与正极电极和固体电解质相接触，所述固体电解质的顶端管口位于液态电解质液面上方；在密封壳中央位置设置负极集流器，其顶端位于密封壳外，所述负极集流器穿过密封壳，其底端位于密封壳内，并分别与负极金属电极逐一相连；

所述正极电极、固体电解质片、填充液态电解质和负极金属电极的密度依次变大；所述电池单体相接触的各组成部分之间不相溶，也不发生反应。

所述密封壳的材质为不锈钢或镁铝合金材料；所述坩埚底座的材质为石墨材料；所述导管的材质为氮化硼或氧化铝陶瓷材料。

所述负极集流器和正极集流器的材质为石墨或铁、钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、稀土金属单质及其合金材料，负极集流器外包有一层刚玉管用于绝缘。

所述负极金属电极的材质为Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba金属单质及由其组成的合金材料；所述正极电极的材质为Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Tl、Sn、Pb、Sb、Bi、Te金属单质及由其组成的合金或硫和多硫化钠材料。

所述液态电解质的材质为负极金属电极的金属离子的卤化物、氧化物、碳酸盐、磷酸盐或锰酸盐；所述固体电解质片厚度为0.1～5mm，质地多孔或密实，其材质为绝缘材料或负极金属电极的金属离子导体材料。

所述固体电解质片的质地为多孔结构时，其孔径为μm或mm级。

所述负极金属电极的金属离子导体材料为钠、锂、镁、氧、钙离子的离子导体、聚烯烃或碳化硅。

本发明的有益效果为：