[发明专利]一种碱性锌钒液流电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱性锌钒液流电池系统。 

技术背景

电能是人类社会生活、生产中必不可缺的二次能源。随着社会经济的发展，人们对电的需求越来越高，尽管昼夜之间用电量相差很大，但发电厂的建设容量必须满足用电高峰的需要，建设规模大、费用高。另一方面，随着化石能源的不断枯竭，对风能、水能、太阳能等可再生能源的利用越来越广泛。为了满足人们生产和生活的用电需求，实现发电厂的削峰填谷，减少建设规模，提高使用效率，减少投资以及可再生能源发电系统的稳定供电，开发经济可行，性能可靠的储能技术，使发电与用电相对独立极为重要。 

到目前为止，人们已经研究了多种储能技术，主要可分为化学储能技术、物理储能技术和超导储能技术。化学储能技术主要有铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、超级电容器、金属空气电池、二次电池（镍氢电池、锂离子电池）、物理储能方式主要有扬水储能发电、压缩空气储能发电和飞轮储能技术，在物理储能方式中，扬水储能和压缩空气储能发电用于大容量的电网调峰、储能发电，但受自然环境的制约大。在化学储能方式中，金属空气电池、超级电容器、铅酸电池等比较适用于小容量的储能。液流电池是目前较为合适应用于大规模储能的技术。 

目前发展较好的液流电池体系主要有全钒液流电池及锌溴液流电池两种。全钒液流电池通过电解液中不同价态钒离子在惰性电极上的电化学反应来实现电能和化学能的可逆转化。正极为VO²⁺/VO₂⁺电对，负极为V²⁺/V³⁺电对，硫酸为支持电解质。因为正负极两侧是不同价态的钒离子，避免了离子互串对电解液的污染，影响电池的性能和寿命。另外，钒电解质溶液可以恢复再生，进一步提高了电池系统的寿命，降低运行成本。但是全钒液流电池电解液成本和质子交换膜成本较高、正负极仍存在一定程度的交叉污染问题。 

锌溴液流电池正负半电池池由隔膜分开，两侧电解液为ZnBr₂溶液。在动力泵的作用下，电解液在储液罐和电池构成的闭合回路中进行循环流动。锌溴液流电池存在的主要问题为溴的污染无法解决。 

锌钒液流电池2012年被研究人员提出。负极采用锌的沉积溶解反应，正极为四五价钒的相互转化， 

但是由于正及电解液采用较高浓度的酸溶液，导致正负极电解液 互混，影响负极锌沉积效率，制约了其进一步发展。 

发明内容

本发明通过改进正极反应，利用4、5价钒均为两性金属的特点，在碱性溶液中可溶，提出了碱性锌钒液流电池的概念，改善了传统锌钒液流电池由于正负极电解液pH值失衡带来的循环性能较差的问题。 

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下： 

一种碱性锌钒液流电池，包括依次设置的正极、正极电解液腔、隔膜、负极电解液腔、负极，其特征在于：正极电解液腔中充装有含四价钒的碱溶液作为正极电解液，负极电解液腔中充装有碱性锌酸盐溶液作为负极电解液。 

正极电解液中四价钒浓度为0.1-4mol/L，碱浓度为3-10mol/L。 

正极电解液的配制是采用四价钒金属盐添加于碱溶液中获得；所述四价钒金属盐为硫酸氧钒或氯化钒。 

所述四价钒是指四价钒离子和/或四价钒络合离子。 

正极电解液中的碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂强碱中一种或二种以上。 

正极电解液中含有络合剂十六烷基三甲基溴化铵或正丁基溴化铵中的一种或两种，络合剂总含量为0.05-0.2mol/L。 

负极电解液中锌酸根离子浓度为0.1-1mol/L，碱浓度为3-10mol/L； 

负极电解液的配制是将氧化锌添加于碱溶液中获得；所述碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂等强碱中一种或二种以上。 

正极为碳毡或金属电极，负极为碳材料电极或金属电极； 

所述隔膜包括阳离子膜致密膜、阴离子膜致密膜或多孔膜； 

正极置于正极电解液腔内、隔膜、负极置于负极电解液腔内，正极电解液腔与负极电解液腔通过隔膜相间隔。 

本发明的有益效果： 

本发明通过技术改进，提出了碱性锌钒液流电池的概念本发明通过改进正极反应，利用4、5价钒均为两性金属的特点，在碱性溶液中可溶，提出了碱性锌钒液流电池的概念，改善了传统锌钒液流电池由于正负极电解液pH值失衡带来的循环性能较差的问题，具有循环寿命长、成本低、结构及制造工艺简单的特点。 

附图说明

图1为碱性锌钒液流电池结构示意图；