[发明专利]一种有机双离子嵌入型液流电池

说明书

本发明公开一种有机双离子嵌入型液流电池，该液流电池包括正极片、负极片、正极集流板、负极集流板、带流道的极板、正极反应腔、负极反应腔、电解液、正极电解液输送管/输送泵、负极电解液输送管/输送泵、及位于正、负极反应腔之间的隔膜材料，其特征在于：所述正极片、负极片均由活性材料、导电剂、粘结剂、集流体构成，其中活性材料均为炭材料。相比传统水性电解液液流电池和锂离子液流电池，本发明的技术方案采用双离子嵌入机制，工作电压大于4 V，避免了含锂过渡金属氧化物正极活性材料、正负极电解液储罐使用，大大提升了充放电循环次数、能量密度，降低了成本，同时解决了正负极电解液交叉污染问题，制备工艺简单，易于规模化生产。

技术领域

本发明属于电化学储能电池技术，具体设计一种有机双离子嵌入型液流电池。

背景技术

能源危机以及环境问题的日趋加重，加速了新能源产业的快速发展。当前形势下将绿色能源供给与低碳节能减排发挥到极致的环境友好型电化学储能技术日益受到重视。近来，国家提出建立基于能源互联网的近零碳排放工程，其中核心内容就包括可再生能源发电、分布式储能技术等，这对新型高效储能技术提出了更高的要求。

近年来，以液流电池为代表的大规模储能得到了长足发展。液流电池的输出功率取决于电池的电极反应面积和电池单元的节数，储能容量则取决于电极悬浮液的体积和浓度，二者可单独设计，是一种输出功率和储能容量彼此独立、能量密度大、充放电切换灵活、响应速度快、成本较低的新型绿色可充电电池。目前已经开发出多种采用不同电解质溶液的液流电池，其中主要是水溶性电解质，如全钒、铁/铬和溴/多硫化物液流储能电池。上述液流电池均采用水作为溶剂，当电池的充电电压高于水的电化学稳定窗口1.23 V时，水会电离分解，造成气体析出，同时由于水的分解会导致活性物质析出，电池的寿命、电池效率、安全性也受到影响，且受限于输出电压，水系液流电池的能量密度偏低（20~50Wh/L）；同时由于正负极电解液不同，电解质离子很容易透过隔膜材料传输到另一侧，造成电解液交叉渗透污染，降低了电池效率。

锂离子液流电池是一种新型化学储能电池，它综合了锂离子电池和液流电池的优点，这种新型锂离子液流电池的正、负极活性材料和电解液、导电剂的混合物-电极悬浮液，分别装在两个储液装置中，在动力循环系统的推动下，电极悬浮液通过密封管道流经正极反应腔和负极反应腔，在隔膜的两侧发生氧化还原反应。充电时，正极释放Li⁺，透过隔膜进入到负极电解液中，最终Li⁺嵌入到负极中，其根本原理是通过单一的Li⁺在正负极之间嵌入与脱嵌，实现电荷储存。其正极材料多为含锂过渡金属氧化物，负极多为石墨质材料，在反复的充放电过程中，含锂金属氧化物的循环性能较差（1000次），容易发生结构变化，近年来受锂、钴等资源的供应紧张，正极材料的成本急剧上升；另外，正负极电极悬浮液需要两个储罐进行储存，大大增加了电池重量，降低了电池能量密度（300Wh/L），增加了成本。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种具有工作电压更高、循环性能更好、能量密度更高、无电解液交叉污染、成本更为低廉、制备工艺简单易操作、易于规模化生产的新型有机双离子嵌入型液流电池。

发明内容

本发明为了解决上述存在的问题，提供了一种有机双离子嵌入型液流电池。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种有机双离子嵌入型液流电池，该液流电池包括正极片、负极片、正极集流板、负极集流板、带流道的极板、正极反应腔、负极反应腔、电解液、正极电解液输送管/输送泵、负极电解液输送管/输送泵、以及位于正极反应腔和负极反应腔之间的隔膜材料；

所述正极片、负极片均由活性材料、导电剂、粘结剂、集流体构成，其中活性材料均为炭材料；

所述正极反应腔中，正极片与带流道的极板的顺序为：正极片/极板/正极片/极板……/正极片，且正极片总是把极板包住；