[发明专利]一种液流型钠硫电池

说明书

本发明涉及一种液流型钠硫电池，所述液流型钠硫电池至少含有一个结构单元；所述结构单元包括：正极室、负极室、以及位于正极室和负极室之间且用于隔开正极活性物质S和负极活性物质Na的beta‑Al₂O₃电解质隔膜或NASICON结构的Na⁺导体电解质隔膜；所述液流型钠硫电池还包括：连接在正极室两侧的用于储存正极活性物质S的正极储存罐、或/和连接在负极室两侧的用于储存负极活性物质Na的负极储存罐。该液流型钠硫电池的反应可以通过活性物质的输送和切断及时开启和中止，当电池发生内部短路时，通过活性物质的切断，可及时阻断短路反应的蔓延，实现对钠硫电池安全性根本的提升。

技术领域

本发明涉及一种液流型钠硫电池，属于电化学储能技术领域。

背景技术

钠硫电池具有比能量高、容量大、功率密度高、库伦效率高等优点，可广泛应用于削峰填谷、可再生能源并网、边远或海岛地区的独立发电系统、输配电等领域。日本NGK公司已实现了钠硫电池的产业化，其产品占整个电化学储能市场的近40％。但钠硫电池也存在安全隐患，陶瓷电解质隔膜一旦破裂，即发生内部短路时，熔融态钠与硫的直接化学反应会释放大量的反应热，短时间内可使电池局部温度达到2000℃以上的高温，导致电池堆的燃烧甚至爆炸，在钠硫电池早期的研发过程中燃烧甚至爆炸的现象时有发生。

对钠硫电池进行安全设计从早期的车用研究阶段就开展了全面和深入的工作，在已经实际应用的钠硫电池及其系统中设计了多种安全机构，例如核心的电解质陶瓷管，通过结构致密化、复合体系强化等技术措施，有效地改善了陶瓷的性能，可以延缓电池性能的退化以及失效；在电池结构的设计方面，负极室安全管以及正极室缓冲环等的设计，可以有效地减低电池失效的隐患。例如，中国专利1(公开号CN103123986A)公开了利用弹簧、熔丝与封堵部件之间的组合设计，当电池发生短路时，温度升高导致熔丝断裂，在弹簧弹力的作用下，封堵部件将限流孔封闭，阻止金属钠继续流出。该专利中的安全结构设计在电池短路时，钠和硫反应至一定程度，温升达到熔丝的熔点(400℃以上)后方起作用，因而具有一定的滞后性。中国专利2(CN205141090U)通过蝶簧、承托件及垫板的组合设计，当陶瓷管破裂时，利用重力作用将储钠罐底部的限流孔及时封堵，避免金属钠流出与硫快速反应，一定程度上解决了滞后性的问题，但该安全结构仅在电解质陶瓷管底部破坏程度不大，其他部位仍保持完整的条件下才能发挥安全功能。

可见，由于目前的钠硫电池采用全密封的结构，尽管采用了一系列安全措施，仍不能从根本上消除其安全隐患，或在电池失效发生燃烧时很难杜绝火灾的蔓延。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种新型结构的钠硫电池，即液流型钠硫电池，从根本上提升钠硫电池的安全性及功率特性。

一方面，本发明提供了一种液流型钠硫电池，所述液流型钠硫电池至少含有一个结构单元；所述结构单元包括：正极室、负极室、以及位于正极室和负极室之间且用于隔开正极活性物质S和负极活性物质Na的beta-Al₂O₃电解质隔膜或NASICON结构的Na⁺导体电解质隔膜；所述液流型钠硫电池还包括：连接在正极室两侧的用于储存正极活性物质S的正极储存罐(或称S储存罐)、或/和连接在负极室两侧的用于储存负极活性物质Na的负极储存罐(或称Na储存罐)。

在本发明中，本发明人从电池结构上进行创新，设计了液流型的钠硫电池，将绝大部分的活性物质储存于电化学反应体系之外的储存罐中，仅提供反应需要量的活性物质，当电解质任何部位发生破裂或任意封接界面失效导致电池短路时，可直接切断其中一种反应活性物质的供应，及时阻止钠与硫的直接反应的持续，避免事故的蔓延，实现对钠硫电池安全性根本的提升。

较佳的，所述正极储存罐通过第一料泵、第一管道和第二管道，循环连接在正极室的两侧。

又，较佳的，在正极储存罐和正极室之间的第一管道上还设置有第一开关阀、或/和在正极储存罐和正极室之间的第二管道上还设置有第二开关阀。