[发明专利]一种铁-氢储能电池及其应用

说明书

本发明涉及一种铁‑氢储能电池及其应用，所述铁‑氢储能电池包括铁离子供应系统、氢气供应系统和电池主体，所述铁离子供应系统包含铁离子溶液，所述铁离子溶液用于为电池主体的正极供应铁离子，所述氢气供应系统用于为电池主体的负极供应氢气；本发明所述铁‑氢储能电池在常温下充电容量可达17.9Ah/L，放电容量可达17.1Ah/L，能量利用率可达83.6％，能量密度可达10.6Wh/L，库伦效率可接近100％，能量效率可超过80％，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于储能器件领域，涉及一种铁-氢储能电池及其应用。

背景技术

全铁液流电池作为液流电池中不可或缺的一员，不用担心电极两侧串流，且价格相对便宜；但即使如此，由于需要人为的制造电极反应电势差，它的正负极通常均需要使用不同的铁配合物，增加了成本和不稳定性。而部分配合物溶解度不高又会降低电池能量密度，如Li等发明的高性能全铁液流电池容量为1.5Ah·L^-1(参见文献：Journal of PowerSources,2020,445:227-331)，Yan等发明的全铁液流电池容量接近5Ah·L^-1(参见文献：ACSEnergy Letters,2016,1(1):89-93)。即使对于容量密度更高的全钒液流电池，Yan等研究的性能提升的全钒液流电池容量为7.5Ah·L^-1(参见文献：Carbon,2019,155:176-185)，Joo等对全钒液流电池电极官能团化处理后性能则为16Ah·L^-1(参见文献：ElectrochimicaActa,2019,297:905-915)，这无疑限制了这一类电池的应用前景。

与之相对的，质子交换膜燃料电池能量密度高，且使用氢气和氧气这两种清洁原料。但其由于能量转化效率低不利于储能应用，而氧气侧因使用较大量的Pt或其他贵金属催化剂增加了成本，在长时间运行中无论是气体的便携存储、质子交换膜的失水还是氧气侧催化剂水淹等都会阻碍它的进一步应用。

因此，开发一种具有更高的充放电容量、能量密度和能量效率的新型储能电池仍具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁-氢储能电池及其应用，所述铁-氢储能电池包括铁离子供应系统、氢气供应系统和电池主体，所述铁离子供应系统包含铁离子溶液，所述铁离子溶液用于为电池主体的正极供应铁离子，所述氢气供应系统用于为电池主体的负极供应氢气；本发明所述铁-氢储能电池在常温下充电容量可达17.9Ah/L，放电容量可达17.1Ah/L，能量利用率可达83.6％，能量密度可达10.6Wh/L，库伦效率可接近100％，能量效率可超过80％，具有广阔的应用前景。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种铁-氢储能电池，所述铁-氢储能电池包括铁离子供应系统、氢气供应系统和电池主体，所述铁离子供应系统包含铁离子溶液，所述铁离子溶液用于为电池主体的正极供应铁离子，所述氢气供应系统用于为电池主体的负极供应氢气。

本发明所述铁-氢储能电池包含铁离子供应系统、氢气供应系统，其分别为电池主体提供铁离子和氢气，使得在电池主体内构建如下可逆电池反应体系：

在Fe离子浓度为0.8M的条件下，其理论比容量如下：

理论比容量C＝Q/V＝(0.8×96500×1)/3600＝21.4Ah/L；

采用本发明上述结构的铁-氢储能电池，其在常温下充电容量可达17.9Ah/L，因而其能量利用率可达83.6％。

能量利用率指实际充放电容量与理论充放电容量之比。

同时，采用本发明上述电池，其解决了全铁液流电池存在的成本高、不稳定性、电池能量密度低的问题；且其相较于质子交换膜燃料电池具有更高的能量效率，贵金属催化剂用量低，且成本较低的优势。