[发明专利]一种半固态锂液流电池反应器、电池系统及工作方法

说明书

本发明提供一种半固态锂液流电池反应器，包括电池框架、电极腔，所述电池框架为内部中空的长方体，所述电极腔包括正极腔和负极腔，电极腔内充满连续或者间歇流动的电极悬浮液，所述正极腔和负极腔之间设有直通的隔离腔，所述隔离腔高度为0.1～1mm，内部充满间歇流动的电解液；本发明同时提供一种基于该电池反应器的电解液循环系统和工作方法，可通过电解液循环系统调节隔离腔内电解液对多孔集流体的压力大小，来应对电池微短路或极化增大的情况，能够有效降低电池极化、提高电池安全性。

技术领域

本发明属于化学储能电池技术，具体涉及一种半固态锂液流电池反应器、电池反应器控制系统及工作方法。

背景技术

半固态锂液流电池是最新发展起来的一种电化学储能电池技术，它综合了锂离子电池和液流电池的优点，是一种输出功率和储能容量彼此独立，且能量密度大、成本较低、高安全的新型二次电池。它不仅可以作为太阳能、风能发电系统的配套储能设备，还可以作为电网的调峰装置，提高输电质量，保障电网安全。

半固态锂液流电池反应器为电能和化学能的相互转换提供场所，是半固态锂液流电池储能系统的核心装置，对电池系统成本、电池功率、能量效率和循环寿命等性能有重要的影响。隔离层为半固态锂液流电池反应器隔离多孔正极集流体和多孔负极集流体并使电池内的电子不能自由穿过，而电解液或者凝胶电解质中的锂离子能够自由通过的电子绝缘层，对解决电池极化和短路问题具有重要作用。现有结构的半固态锂液流电池反应器存在以下问题：1)为了防止短路，电池反应器使用较厚且孔隙率较小的隔离层，这样在充放电过程中，正、负电极悬浮液中的活性材料嵌入隔离层微孔中，堵塞隔离层，使电池内阻增大，极化严重；2)为了降低电池反应器内阻和极化，若使用孔隙率较大且较薄的隔离层，可以提高电池离子的通透率，但是正、负电极悬浮液中纳米级导电颗粒容易渗入到隔离层并形成桥接，导致电池内部短路。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提供一种半固态锂液流电池反应器，该反应器的隔离腔内充满间歇流动的电解液，电解液能够起到有效完成离子传输而隔离电子的作用，本发明同时提供一种基于该电池反应器的电池系统，隔离腔内的电解液通过电解液循环系统的过滤装置和加热装置，同时提供了一种控制隔膜内电解液和电池腔体内电极悬浮液流动的方法，能够有效降低电池极化、提高电池安全性。

本发明提供技术方案如下：

一种半固态锂液流电池反应器，包括电池框架、电极腔，所述电池框架为内部中空的长方体，长方体含三组相对面A-A₁面、B-B₁面和C-C₁面；其特征在于，所述电极腔包括正极腔和负极腔，其中正极腔是由两层多孔正极集流体相对两侧边缘之间设有绝缘体形成的两向通透腔体，负极腔是由两层多孔负极集流体相对两侧边缘之间设有绝缘体形成的两向通透腔体；在长方体相对的两面A-A₁面设有若干对容纳所述正极腔的正极直通空槽，正极腔内充满连续或者间歇流动的正极悬浮液，在长方体相对的两面B-B₁面设有若干对容纳所述负极腔的负极直通空槽，负极腔充满连续或者间歇流动的负极悬浮液，所述正极腔和负极腔交替排列放置；所述正极腔和负极腔之间设有直通的隔离腔，所述隔离腔沿C-C1面方向的高度为0.1～1mm，内部充满间歇流动的电解液,所述隔离腔内电解液从A-A₁面的隔离腔进口槽进入电池反应器的隔离腔内，从B-B₁面的隔离腔出口槽流出；或者，所述隔离腔内电解液从B-B₁面的隔离腔进口槽进入电池反应器的隔离腔内，从A-A₁面的隔离腔出口槽流出。

所述正极腔的多孔正极集流体外侧和负极腔的多孔负极集流体外侧分别设有电子绝缘的隔膜，并且所述隔膜的厚度小于等于隔离腔高度的三分之二；所述电极腔隔膜与多孔集流体紧密接触，多孔集流体与隔膜之间可以采用真空蒸镀、电镀、化学镀、流延、旋涂、喷涂、热压、丝网印刷、喷墨打印、粘接、机械压合等方法进行复合，使多孔集流体和隔膜能够紧密贴合。