[发明专利]锌氯电能储存装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能储存装置，特别是一种正极与负极浸入电解质中的电池。 

背景技术

现最常用的电能储存装置为铅酸蓄电池，其成本最低，但能量密度也最低（20~40wh/Kg），功率密度适中，且充电速度慢（一般需8~14个小时才能充满），特别是这种蓄电池因需要使用铅，因此其制造、使用及废旧电池处理均存在重金属铅的污染问题。另外现在也有碱性镍氢电池、锂电池，以及虽未被普及，却发展非常迅速的燃料电池。锂电池是目前使用最广泛的便携电源，它具有能量密度大（100~150wh/Kg），功率密度大等优势，充电速度在传统电源中也算比较快的（可在4小时内充满90%左右的电量），但因其成本高使其应用受到限制。 

发明内容

本发明提供一种可不使用铅的蓄电池。 

本发明的电能储存装置是一种锌—氯电能储存装置，它是由浸入氯化锌的溶液中的正极、负极和设置于正负极间的隔膜材料构成，其中的氯化锌含有≥0.5mol/L的氯离子和锌离子，正极材料用具备吸附性和导电性的碳材料构成，负极由具备导电性的泡沫状金属或泡沫状石墨或无定形碳构成，隔膜材料由具有离子或溶液透过能力的薄层物质构成。 

本发明的锌—氯电能储存装置的另一种结构是由其内盛放有氯化锌溶液的第一容器，浸入氯化锌的溶液中的正极、负极和设置于正负极间的隔膜材料，以及与容器连通的用于储存气体的第二容器和可使第二容器内的气体返回到第一容器的泵构成，其中的氯化锌含有≥0.5mol/L的氯离子和锌离子，正极材料金属材料构成，负极由具备导电性的泡沫状金属或泡沫状石墨或无定形碳构成，隔膜由具有离子或溶液透过能力的薄层材料构成。 

本发明中的隔膜可以是石棉隔膜、纳滤膜、反渗透膜、离子交换膜、滤纸或滤布，其主要作用为阻断正负极的电子通路，同时能保障溶液中的离子通过。 

本发明的负极材料为具备导电性的泡沫状物质，例如泡沫状或海绵状的铜、铝、钛或锌，也可以使用碳材料，如石墨或无定形碳。 

本发明的第一种结构中，电池正极材料为带有吸附性质的炭，如碳黑、碳纤维及其织物、导电活性炭、多孔石墨、碳纳米管，或者由前述物质构成的混合物，本发明的电池正极有两个作用，其一用于导电集电；其二用于吸附正极工作物质——氯气（Cl₂）。 

本发明的第二种结构中，电池的正极可以为普通的金属。 

本发明具有如下优点： 

1、能量密度高，理论能量密度可达678.5wh/Kg；

2、功率密度大；

3、充电速度快：借鉴相关工业数据估算，该电池可在几分钟内充满。4、结构简单，制备成本低，所使用工作物质及电极材料其元素在地壳中储存量大，且材料本身较易获得；

5、由于本发明的电池不使用铅，因此不存在铅污染的问题。

 

附图说明

附图1为本发明的第一种结构示意图，附图2为本发明的第二种结构的示意图。附图3为本发明的一个实验装置图。图中：1为电池正极；2为电池的隔膜；3为电源负极；4为连通第一容器与第二容器的管道；5为气泵压缩机；6第二容器。  

具体实施方式

本发明以下结合附图实施例进行解说。 

在附图1给出的第一种结构中，将正极1、负极3和置于下负极间的隔膜2放置于第一容器中（在图中未标出第一容器）。在第一容器中放入饱和的氯化锌溶液，使正极1、负极3和置于下负极间的隔膜2均浸于氯化锌中。在充电工作中，本发明的浸于正极工作物质氯气（Cl₂）被吸附在正极物质（如活性炭）上直接在电解质溶液中参与反应。在结构图二中，正极工作物质氯气（Cl₂）被储存于氯气储罐，通过管道输送给正极并与电解质溶液接触参与反应。 

本发明的电池在充电时电极上的反应为： 

正极：2Cl^- － 2e^- = Cl₂

负极：Zn²⁺ + 2e^- = Zn。

本发明的以上两种结构在放电中，其工作原理相似：其正极负极上的反应为： 

正极上：Cl₂ + 2e^- = 2Cl^-          E一= —0.76V

负极上：Zn － 2e^- = Zn²⁺      E一= +1.36V