[实用新型]水系锌电极电化学储能装置

说明书

一种水系锌电极电化学储能装置，属于电化学储能领域；装置包括外壳、正极、锌电极、析氧电极、水系电解液以及锌电极与其他电极之间分隔用的外部支架；锌电极与其他电极之间被分隔形成最短距离大于或等于0.5mm的空隙；从锌电极经过外部支架或者外壳到达其他电极的最短途径大于电极之间的最短距离；配合消除锌枝晶的方法和用析氧电极配合锌电极充电恢复锌电极的方法，能彻底解决锌电极寿命短的问题，适用于高功率储能和可再生能源储能、电网储能。

技术领域

本实用新型涉及电化学储能领域，特别涉及一种锌电极电化学储能装置

背景技术

随着可再生能源和智能电网的迅速发展，迫切需要低成本、长寿命、没有地理限制的储能技术。遗憾的是，现有的各种储能技术因为成本、寿命和规模等限制，普及困难。

电化学储能技术目前主要应用铅酸电池、钒液流电池、锂离子电池等二次电池和超级电容实现电能和化学能的转换，具有储能密度高、响应快、不受地理和规模限制的优点，但还不能满足低成本、长寿命、没有明显安全和环境隐患的要求。

铅酸电池价格低廉，缺点是能密度不高，深放电能力差，循环寿命较短，污染环境。钒液流电池循环寿命长，缺点是成本高，低温性能差。锂离子电池能密度高，循环寿命较长，能量效率高，缺点是成本较高，有明显安全隐患。

锌电极储能密度高，放电电流密度大，工作温度范围宽，广泛应用在各种一次电池中。锌电极与各种不同的正极在水系电解质中可以构成多种安全的二次锌电极电池，例如锌银电池、锌镍电池，因为锌电极的枝晶、变形、钝化、腐蚀等问题难以克服，它们的寿命都不理想。

中国专利CN103996854A(公开日：2014-08-20)公开了一种活性炭电极为正极，锌电极为负极的水系电解液电化学混合储能器件。活性炭电极循环寿命能达到百万次，用活性炭电极与锌片组成的实验混合超级电容连续测定有几千次以上的循环寿命。

虽然有长寿的正极，如镍正极和超级电容正极，组合成的锌电极电化学储能装置实际应用往往仅有几十到几百周的寿命。实验室中的锌片电极，无法在储能装置中长久应用。

美国专利US.Pat.No.5453336A(公开日：1995-09-26)和US.Pat.No.5215836A(公开日：1993-06-01)公开了通过在水溶液中加入氟化物、碳酸盐、硼化物等，降低二价锌的溶解度来抑制锌电极的变形和枝晶，延长锌电极寿命的方法。

中国专利CN100550479C(公开日：2009-10-14)公开了一种锌镍单液流电池，CN105336971B(公开日：2016-02-17)公开了一种锌锰单液流电化学储能装置，都采用电解液流动方式克服锌电极的变形和枝晶。

美国专利US20130113431A1(公开日：2013-05-09)公开了一种锌镍单液流电池，用一种“strip”放电再生的方法，每20次左右充放电循环就进行一次放电电压低至0伏或负值的彻底放电，消除锌电极的变形和枝晶。

美国专利US20190221377A1(公开日：2019-07-18)提出一种水系混合超级电容，在超级电容正极和锌电极之外加入析氧电极，用析氧电极与锌电极充电恢复锌电极容量；用同时具有析氢活力的析氧电极与锌电极放电消耗金属锌以消除锌枝晶和过度生长；虽然明显延长了循环寿命，但有析氢活力的析氧电极难推广到中性和弱酸性条件下使用，而且这种装置的操作时间如果掌握不好，仍然存在锌枝晶攀爬到其他电极导致失效的问题。

以上现有技术都有一定的延长锌电极电化学储能装置寿命的效果，但仍然不理想。

实用新型内容

本实用新型目的是彻底解决水系锌电极电化学储能装置循环寿命短的问题，为储能领域提供成本低、寿命长、使用方便、安全、资源丰富、低污染的水系电化学储能装置。