[发明专利]一种大功率高温熔盐电池

说明书

本发明涉及一种大功率高温熔盐电池，其金属外壳为一端敞开的管结构，正极和负极分别由金属丝卷曲而成，隔膜为具有电子绝缘性和氧离子传导功能的固态电解质隔层，隔绝管为两端敞开的中通管，正极和负极在金属外壳的内部通过隔膜保持间隔开，隔绝管从金属外壳的敞开端伸入金属外壳的内部直至抵接隔膜，正极容纳于隔绝管的内部以通过隔绝管与金属外壳保持间隔开，正极引线与正极连接并从隔绝管中伸出，负极引线在金属外壳内连接负极和金属外壳。根据本发明的大功率高温熔盐电池，在经典的半开放熔盐电池结构基础上，提供了一套完整的适用于高温熔盐电池放大试验的电池结构，可根据功率要求设计相应的电池规格。

技术领域

本发明涉及熔盐电池，更具体地涉及一种大功率高温熔盐电池。

背景技术

近几年，随着工业废热、余热再利用要求的不断提高，以熔盐作为媒介的各类能源项目应运而生，如熔盐的相变储能技术、熔盐电解技术、熔盐电池等。其中，基于熔融盐电解质金属氧化物制备金属材料的研究基础，以熔盐作为电解质的高温金属空气电池技术也崭露头角，高温熔盐金属空气电池是以高温下熔融盐作为电解质，依赖金属的氧化还原反应实现电池充放电过程的技术。其中，铁由于其氧化态稳定、储量丰富、成本低，对于用作高温熔盐电池的活性物质极具潜力。另外，高温熔盐铁空电池理论能量密度高、支持大电流充放电，在用于大规模储能领域也有很大的优势。有关于高温熔盐铁空电池的研究近些年国内外也有相关报道。

2013年以来，美国乔治华盛顿大学和中国东北石油大学的研究团队以熔融的碳酸盐以及熔融的盐酸盐共晶盐作为铁空电池的电解质实现了该电池的循环充放电，证明了高温熔盐电池能够支持大电流充放电的优势，所组装的电池充放电次数高达450次，持续时间长达350h，然而电池放电电流仅为50mA/cm²，电池的最大功率只能达到52.5mW/cm²，这对于储能来讲是不够的而不难发现，提高电池功率主要涉及三个方面：增大电压、电流以及电极面积。在前期的工作中，通过向熔盐中添加Li₂O从而能够将电池放电电压平台提高至了1.05V。另一方面，中国科学院上海应用物理研究所的团队考虑到液态熔盐的挥发性和流动性问题，在正极与液态熔盐之间添加了氧离子导电性的YSZ隔膜，形成的双电解质结构的熔盐电池，有效改善了熔盐挥发和流动的问题，所组装的电池放电电流能达到0.5A/cm²，功率大小为250mW左右，功率的提高主要源于电池放电电流密度的提高，但在该熔盐电池研究中，所用电极面积仅为1cm²，如何提高电极有效面积是高温熔盐电池放大研究中必须要考虑的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的电极面积较小的问题，本发明提供一种大功率高温熔盐电池。

根据本发明的大功率高温熔盐电池，其包括正极引线、隔绝管、金属外壳、正极、隔膜、负极和负极引线，其中，金属外壳为一端敞开的管结构，正极和负极分别由金属丝卷曲而成，隔膜为具有电子绝缘性和氧离子传导功能的固态电解质隔层，隔绝管为两端敞开的中通管，正极和负极在金属外壳的内部通过隔膜保持间隔开，隔绝管从金属外壳的敞开端伸入金属外壳的内部直至抵接隔膜，正极容纳于隔绝管的内部以通过隔绝管与金属外壳保持间隔开，正极引线与正极连接并从隔绝管中伸出，负极引线在金属外壳内连接负极和金属外壳。

本发明通过金属丝卷曲形成正极和负极，明显提高电极面积几十倍甚至几百倍，能够有效增大电池实际功率。显然，电极面积的放大势必涉及到电池整体强度的问题，本发明通过固态电解质隔层实现正负极上下放置，有效减小单电池的占地面积，同时解决正极的有效支撑问题，在提供足够的强度来支撑大面积电极长期稳定运行的同时隔绝正负极。特别地，固态电解质隔层可以有效抑制负极的扩散，从而避免对正极材料的腐蚀，使得电池性能更加稳定，更有利于电池的集成和放大。