[发明专利]一种适用于液态金属电池高温原位无损检测的装置

说明书

一种适用于液态金属电池高温原位无损检测的装置，属于储能电池技术领域。装置由壳体、温控装置、电化学工作站测试分析系统、惰性气体供气装置、真空泵、无损检测分析系统组成。壳体内设有加热系统、冷却系统循环装置、充放电系统。加热系统包括热电偶、加热基板及加热基座。壳体的开口处设有挡板，挡板有通孔。充放电系统包括两个电极，电极穿过挡板上所对应的通孔，深入到壳体内的腔体中，连接检测样品，电极另一端通过导线连接电化学工作站，用于对所述检测样品提供电化学反应。本装置能实现高温下液态金属电池的电化学反应，还可通过无损检测方式检测液态金属电池电化学过程中关键部件的显微结构及形貌，分析液态金属电极、熔盐电解质对电池关键部件的腐蚀过程。

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，特别是指一种适用于液态金属电池高温原位无损检测的装置。

背景技术

近年来，能源危机及环境污染日益严重，可再生能源得到了前所未有的开发，其装机容量及发电量迅速增长。然而风能、太阳能、潮汐能等可再生能源的波动性及间歇性，增大了电网调峰的难度，并严重阻碍了其进行大规模并网。因此，研发高效率、低成本的大规模储能技术，将风电、光伏等可再生能源电力进行高效存储，解决由可再生能源发电的波动性及间歇性引起的电网电压、频率及相位变化等问题，实现可再生能源发电的平滑输出，迫在眉睫。另外，大规模储能技术还能够应用于电网热备用、“削峰填谷”以及电能质量的改善。研发高效廉价的大规模储能技术，是有效利用可再生能源的关键手段，对我国构建智能电网及改善能源结构具有重要的战略意义。

液态金属电池是近年来新兴的引人注目的大规模电化学储能技术，由麻省理工学院(MIT)的Donald R.Sadoway教授等人提出，其低成本、长寿命及可扩展性强等优势能较好地满足可再生能源大规模储能的技术要求，展现出了巨大的应用潜力。

然而，目前液态金属电池也存在缺点，电池需要在较高的温度下运行，电池内正负极和电解质材料均为液态，它们对水、氧十分敏感。高温下，液态的正负极和电解质材料对正负极集流体、绝缘密封材料、电池壳体等具有一定的腐蚀性，特别是作为负极材料的活性碱金属或碱土金属对密封绝缘材料的腐蚀尤为强烈，这会导致电池的密封效果大大减弱，从而严重影响电池的运行寿命。

上述腐蚀必然会造成液态金属电池电极及电解质材料的成分及微结构变化，而液态金属电池电极及电解质材料的成分组成及微结构对电池的综合性能(电压、容量、效率、循环寿命等)有着十分重要且复杂的影响。现有的液态金属电池检测分析手段(SEM、EDS、XRD等)，不但需要拆卸电池、破坏电池结构、影响其运行寿命，而且增加人力、物力及时间成本。而无损检测技术能够在不破坏被检测对象结构、不影响被检测对象使用性能的前提下，借助先进的技术(射线、超声、电磁等)及设备器材，对被检测对象内部和表面的结构、性质、状态以及各种缺陷进行检查和测试，具有非破坏性、互容性、动态性、严格性以及检测结果的分歧性等特点。

中国发明专利公开说明书CN 110736930 A公开了一种适用于液态金属电池无损检测的装置，该装置包括金属坩埚、正极材料、电解质、负极集流体、金属套环、金属紧固件、密封圈、金属密封压件、金属套管、金属环、绝缘陶瓷、金属帽、负极导电杆。该电池装置能够在短时间内同时探测液态金属和熔盐环境中正负极集流体、密封绝缘材料等关键部件的显微形貌，分析液态金属电极、熔盐电解质对电池关键部件的腐蚀过程。其优点在于既能够充当电池进行电化学测试，又能够在不拆卸电池、不破坏其结构的情况下进行高分辨率无损检测，不仅不会影响其运行寿命，还能节约成本。此外，我们还想要实现高温工作状态下液态金属电池的原位无损检测，并获得电化学过程中关键部件的动态结构及微区形貌变化。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明期望提供一种适用于液态金属电池高温原位无损检测的装置，该装置不仅能够实现高温下液态金属电池的电化学反应，而且能够用无损检测技术检测电化学过程中电池关键部件的结构及微区形貌变化。