[发明专利]一种中性锌铁单液流电池

说明书

本发明涉及一种中性锌铁单液流电池。包括单电池或者2个以上单电池组成的电堆，单电池关键材料包括正极、隔膜、负极及电解液。正极活性物质为钾离子嵌入/脱出型固态活性物质，电解液为含锌盐和钾盐的中性水溶液。正极使用固态活性物质，避免了液流电池中正负极活性物质互串问题，提高了电池的库伦效率和活性物质利用率。采用中性体系，避免了传统液流电池强酸强碱电解质的腐蚀问题。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，特别是单液流电池领域。

背景技术

大规模储能技术是实现可再生能源高效利用的关键。水系碱金属离子电池具有高安全、低成本、高功率密度等优点，受到研究者们广泛的关注。其中最早研究的是水系锂离子电池，然而受锂源储量的限制，水系锂离子电池的成本优势不突出。而钾在地壳中的储量远高于锂(钾在地壳中的含量为2.47％，而锂仅为0.0065％)，且锂离子在溶液中的迁移速度快，因此水系钾离子电池具有更广阔的应用前景。然而，钾离子较大的离子半径和高电离电势使其可选的电极材料有限。普鲁士蓝及其类似物具有钙钛矿结构，三维的网络骨架，大的间隙位点有利于钾离子的快速脱嵌。因此，普鲁士蓝及其类似物是较为合适的钾离子电池正极材料。但是目前水性钾离子嵌入/脱出的负极材料有限，限制了水系钾离子全电池的发展。

锌负极是一种研究较多的水系电池负极，如锌-镍电池、锌铁电池、锌溴电池等。具有高容量、高安全、低成本的优势。而锌支晶的产生是锌基电池循环性能差的主要原因。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种中性锌铁单液流电池，包括单电池或者2个以上单电池组成的电堆，单电池包括正极、隔膜、负极；于正负极间加入电解液；正极活性物质为钾离子嵌入/脱出型固体活性物质；电解液为含锌盐和钾盐的中性水溶液。

钾离子嵌入/脱出型固体活性物质的分子式为K_xMFe(CN₆)_y·n H₂O,其中x＝0～2,y＝0.5～1,n＝0-6，M为Fe、Co、Mn、Ni、Cu中的一种或两种以上，正极活性物质优选普鲁士蓝、普鲁士蓝衍生物中的一种或二种以上。

电解液中锌盐为负极活性物质，钾盐为支持电解质，水为溶剂；锌盐为氯化锌、溴化锌、硫酸锌、硝酸锌中的一种或二种以上，锌盐在电解液中的浓度是0.1～3mol/L。

钾盐为支持电解质包括KCl、K₂SO₄、KNO₃的一种或二种以，支持电解质在电解液中的浓度为0.5～4mol/L。

隔膜为多孔膜，多孔膜材料为聚烯烃、聚芳烃类中、醋酸纤维素的一种或二种以上，膜厚在10～100um，多孔膜的孔隙率10-80％，孔径范围0.5-100μm。

正极活性物质附着于正极集流体上，所使用的正极集流体及负极分别为碳毡、石墨板、碳布、泡沫镍、金属网或者金属板。

有益效果

正极活性物质为钾离子嵌入/脱出型固体活性物质，如普鲁士蓝及其类似物；电解液为含锌盐和钾盐的中性水溶液。其中锌盐为负极活性物质，钾盐为支持电解质。采用单液流形式，使锌盐在负极溶解和沉积，提高了锌沉积的效率，避免了锌枝晶的生长。正极使用固态活性物质，避免了传统液流电池中正负极活性物质互串问题，提高了电池的库伦效率和活性物质利用率。采用中性体系，避免了传统液流电池强酸强碱电解质的腐蚀问题。正负极之间的多孔膜起到阻止正负极接触短路和导通离子的作用。正负极活性物质及支持电解质均为价格便宜、低毒环保的物质，使电池具有安全环保，价格便宜的优势，在电化学储能电池技术中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1：中性锌铁单液流及非液流电池的循环性能比较。

具体实施方法