[发明专利]铈铜氧化还原液流电池

说明书

技术领域

本发明属于液流电池领域，具体涉及一种铈铜氧化还原液流电池。

背景技术

目前的液流电池种类包括，全钒液流电池、锌溴液流电池、多硫化钠/溴电池、全铬液流电池、全铁液流电池等，其中全钒液流电池和多硫化钠/溴液流电池研究的比较成熟，已经进行了一定规模的产业化。但是这两种电池都有自身的缺点，比如全钒液流电池，钒的价格居高不下，大大提高了全钒液流电池的成本。多硫化钠/溴和锌溴电池中，由于会有单质溴的产生，一旦发生泄漏，会严重腐蚀设备材料及造成环境污染。

公开号为US2004/0197651A1的美国专利，公开介绍了铈和锌配对组成的液流电池，但是该铈锌体系的液流电池中，由于锌负极的溶解，电池负极析氢反应严重，从而导致电池效率和循环稳定性能有所下降。目前为止，铈铜氧化还原液流电池还未被研究。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的液流电池负极析氢反应严重，从而导致电池效率低和循环稳定性能差的问题，而提供一种铈铜氧化还原液流电池。

本发明提供一种铈铜氧化还原液流电池，该电池包括正极电解液储液罐、负极电解液储液罐和电池槽，所述的正极电解液储液罐盛放正极电解液，负极电解液储液罐盛放负极电解液，电解液在输液泵推动下沿管道在电池槽和储液罐之间流动，所述的正极电解液为铈盐的酸性溶液，负极电解液为铜盐的酸性溶液，充电时，正极电解液中的三价铈离子转化为四价铈离子，负极电解液中的二价铜离子转化为金属铜沉积到负极上；放电时，正极电解液中的四价铈离子转化为三价铈离子，负极上的金属铜转化为二价铜离子回到负极电解液中。

优选的是，所述的铈盐的酸性溶液包括甲磺酸、硝酸或硫酸的铈盐溶液。

优选的是，所述的铜盐的酸性溶液包括磺酸、硝酸、硫酸、盐酸或氟硼酸的铜盐溶液。

本发明的有益效果

本发明提供一种铈铜氧化还原液流电池，该液流电池利用负极Cu²⁺/Cu(0.342V)配合具有较高电极电位的正极Ce³⁺/Ce⁴⁺(1.76V)，组成铈铜氧化还原液流电池，成为一种循环效率高、循环稳定性好的液流电池，该液流电池通过使用铜作为电池的负极，从而利用铜析氢电位高的优点来解决电池负极的溶解问题，金属铜的电极电位略高于标准氢电位，不会在酸性溶液中溶解，也不会受析氢副反应影响，有利于提高电池寿命，同时作为负极的Cu²⁺/Cu电对具有循环性好、沉积/溶解过程可逆性好的特点，铈铜液流电池的电位可达1.1V以上，实验结果表明：在一定的充放电电流条件下，本发明的铈铜氧化还原液流电池放电电压为1.15±0.2V，库伦效率达90%以上，能量效率达70%以上，循环100次以上无衰减。

附图说明

图1本发明的单个铈铜氧化还原液流电池的结构示意图，

其中，1、正极电解液储液罐，2、负极电解液储液罐，3、电池槽，4、正极电解液，5、负极电解液，6、输液泵，7、管道，8、隔膜，9、正极，10、负极，11、正极集流体，12、负极集流体。

具体实施方式

本发明提供一种铈铜氧化还原液流电池，如图1所示，包括正极电解液储液罐1、负极电解液储液罐2和电池槽3，正极电解液储液罐1盛放正极电解液4，负极电解液储液罐2盛放负极电解液5，正极电解液4在输液泵6推动下沿管道7在电池槽3和正极电解液储液罐1之间流动，负极电解液5在输液泵6推动下沿管道7在电池槽3和负极电解液储液罐2之间流动，所述的正极电解液4为酸性铈盐溶液，负极电解液5为酸性铜盐溶液，所述的电池槽3包括正极9、正极集流体11、负极10、负极集流体12、隔膜8，隔膜8将电池槽3隔开，形成正极腔室和负极腔室，充电时，正极三价铈离子转化为四价铈离子，负极铜离子转化为金属铜沉积到电极上；放电时，正极四价铈离子转化为三价铈离子，负极上的金属铜转化成为二价铜离子回到负极电解液中。

本发明的铈铜液流电池在充电时反应如下：

正极：Ce³⁺-e=Ce⁴⁺；

负极：Cu²⁺+2e=Cu；