[发明专利]一种锌碘液流电池

说明书

一种锌碘液流电池，正极电解液和负极电解液相同，均为碘盐和锌盐的混合水溶液，隔膜为不含离子交换基团的多孔膜。正负极电解质溶液均为中性，克服了传统液流电池强酸强碱电解质的腐蚀性问题，电池的能量密度高、电流密度高、循环寿命长，成本低。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，特别是锌碘液流电池领域。

背景技术

随着化石能源的不断减少和环境污染的日益加重，开发利用可再生能源显得尤为重要，但是一般的可再生能源像风能和太阳能由于其不连续性和不稳定性造成了直接利用比较困难，所以利用储能技术实现可再生能源的连续供应是解决问题的关键。液流电池由于功率，能量分开，不受地域环境限制的优势，成为目前最有前景的大规模储能设备。

目前发展比较成熟的液流电池主要有全钒液流电池，锌溴液流电池，多硫化钠溴等，但是全钒液流电池的成本较高，硫酸和高价态钒离子具有强氧化性对隔膜的要求很高；锌溴和多硫化钠溴液流电池在使用中会析出溴，具有很强的腐蚀性，同时单质溴的蒸汽压较高，挥发严重，对环境的污染很严重。锌碘液流电池比起Cl₂和Br₂，I₂腐蚀性很弱；同时I₂在水溶液中以I₃^-的形式存在，蒸汽压低，不易挥发。但是目前锌碘液流电池使用价格昂贵的全氟磺酸离子交换膜，该类膜材料不仅成本高，同时在中性电解质溶液体系中极易被污染，使电池内阻增加，导致循环性能差(40次循环)。此外，锌碘液流电池使用的电解质溶液以ZnI₂为主，该类膜在该电解液体系中的离子导电性差，在高电流密度和长循环下正负极的电解质均不稳定，容易产生沉淀，大大影响了电池的循环稳定性；此外，目前报道的锌碘液流电池工作电流密度仅10mA/cm²，电池功率密度低。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：

一种锌碘液流电池，包括一节单电池和多节单电池构成的电堆，正、负极电解液储罐，正负极电解液。

在充放电过程中，电解质通过泵经由管路分别进入电池的正负极，充电时I^-发生氧化反应，在正极上被氧化为I₃^-，负极上Zn²⁺被还原为Zn，放电时，正极发生还原反应，I₃^-发生还原反应被还原为I^-，Zn在负发生氧化反应生成Zn²⁺。电池正负极之间的膜，起到阻止I₃^-迁移到负极并且导通支持电解质的作用。

单电池的结构包括正/负极端板、膜、正/负极、集流体、液流框组成。

正负极的电解质包括碘盐，锌盐以及支持电解质，碘盐为KI、NaI、CaI₂、MgI₂中的一种或二种以上，碘盐于电解液中摩尔浓度为2～8mol/L；所述锌盐为ZnCl₂、ZnBr₂、ZnSO₄、ZnNO₃中的一种或二种以上，锌盐于电解液中摩尔浓度为1～4mol/L；电解液中碘和锌的摩尔比为2:1。支持电解质为KCl、K₂SO₄、KBr的一种或者或二种以上，其浓度是1～2mol/L。碘盐优选含有KI，锌盐优选含有ZnBr₂,支持电解质优选KCl，浓度为1mol/L。

电极材料为电极为碳毡、石墨板、金属板或者碳布的一种。

锌碘液流电池使用的是不含离子交换基团的微孔膜，包括聚醚砜