[发明专利]一种高温熔盐电池

说明书

本发明涉及一种高温熔盐电池，包括：裸露于空气中的正极；由熔盐和固体电解质粉体混合形成的糊状双电解质，其中，该熔盐为碳酸钾和/或碳酸钠，该固体电解质粉体为含有氧化钇的氧化锆微米粉体；以及通过所述糊状双电解质与正极间隔开的负极。根据本发明的高温熔盐电池是一种可用于大规模电网储能的基于熔盐和固体电解质粉体材料的高温熔盐电池，其提供一种极易制备的由熔盐和固体电解质粉体直接混合形成的糊状双电解质，具有较高的氧离子传导率，较低的流动性，良好的填充性，有效地避免了电池正负极间的短路和断路现象，大幅提高了电池的循环充放电性能，显著降低高温熔盐电池的加工制造成本。

技术领域

本发明涉及熔盐，更具体地涉及一种高温熔盐电池。

背景技术

太阳能和风能等可再生能源在现代电力供应中的作用越来越重要。然而，太阳能和风能具有间歇性和波动性等特点严重限制了这些可再生能源在现代电力系统中的作用。发展以高效廉价的电池技术为基础的大规模储能系统可以从根本上解决上述可再生能源发电的不稳定性问题，从而支持太阳能和风能的高效利用，避免太阳能光伏发电和风能发电等可再生资源的浪费。熔盐电池是一种利用高温熔盐实现电池储能技术，其成本低廉，而容量远远高于常温电池储能技术，特别适合用于大规模电网储能使用。

近来，美国乔治华盛顿大学开发出一种高温熔盐电池，该电池以高温熔盐为电解质传导氧离子，以金属为活性物质，利用金属与氧离子间的氧化还原反应实现电能的储存与释放。这种电池具有成本低和容量大等优势，其理论储能容量远远大于锂离子电池等常温电池。但由于高温熔盐流动性较强，而该电池正负极之间仅靠高温熔盐隔离，因此，在使用过程中容易发生熔盐的波动或溢出现象而造成正负极间的直接接触或电极与高温熔盐间接触不良，引起电池短路或断路，进而引发电池过热、寿命降低、失效甚至发生爆炸等危险；另外，该电池采用开放式设计，因液态高温熔盐具有一定的挥发性，其长期在高温气体的吹拂下存在损耗，也会影响电池的性能和使用寿命。最近，中国科学院上海应用物理所发展了一种含固体电解质隔膜的高温熔盐电池，将氧离子传导型的固体电解质应用于高温熔盐电池。该固体电解质隔膜为致密陶瓷隔膜，将熔盐与正极物理隔离，不但有效避免正负极间的接触，还可以提高正极面积，从而提高电池的充放电电流密度等性能。另外，该固体电解质可制成管式结构，可以使电池结构更加紧凑，有利于电池组的系统集成。然而，固体电解质隔膜的加工成本较高、难度较大，造成电池制造成本的增加。另外，固体电解质隔膜较薄、较脆，易因碰撞发生破损，长时间工作也会与熔盐发生腐蚀渗漏等现象，进而造成电池损坏。上述诸项原因极大地限制了含固体电解质隔膜的高温熔盐电池作为大规模电网储能电池的实用前景。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的现有高温熔盐电池存在的易碎、腐蚀渗漏和加工成本高等问题，本发明旨在提供一种高温熔盐电池。

本发明所述的高温熔盐电池，包括：裸露于空气中的正极；由熔盐和固体电解质粉体混合形成的糊状双电解质，其中，该熔盐为碳酸钾和/或碳酸钠，该固体电解质粉体为含有氧化钇的氧化锆微米粉体；以及通过所述糊状双电解质与正极间隔开的负极。

本发明中，所述正极为本领域常规所说的正极，其材料一般为金属或金属氧化物，所述的金属和所述“金属氧化物”中的金属均指能够生成氧化物的金属；较佳地，所述正极为银或铂。

本发明中，所述负极为本领域常规所说的负极，其材料一般为电化学惰性金属电极负载活性金属材料，较佳地，所述负极为银或钨负载的铁、铜、锌、锡、锰、钛、钒。

糊状双电解质是在725-950℃时将熔盐和固体电解质粉体混合形成的糊状双电解质。优选地，该温度为900-950℃。应该理解，该温度如果太高将导致金属熔化，如果太低将无法形成糊状结构而无法实现循环充放电。

糊状双电解质中的熔盐的质量含量为40-60％。应该理解，糊状双电解质中的熔盐的量应该确保形成糊状结构而实现循环充放电。

固体电解质粉体中的氧化钇的磨尔百分含量为3-8mol％。