[发明专利]一种水系锌离子液流电池

说明书

本发明公开一种水系锌离子液流电池，包括电池槽主体、储液罐、循环泵，储液罐中的液体通过循环泵经管道流入电池槽主体，然后经过管道流回储液罐中实现流动循环，电池槽主体设置有正电极板和负电极板，电池槽主体底部设置有沉淀板和可闭合排泄口，沉淀产物沉积后通过沉淀板堆积到排泄口后排出。本发明采用简单巧妙的结构设计，将电池充放电过程中产生的副产物、脱落物在沉积板上充分汇集并及时排出电池体系外，保证电解液循环过程中维持清澈、稳定的状态，同时保证正、负电极发生反应的活性位点不受沉淀物的影响，从而提高水系锌离子液流电池的倍率性能和循环寿命，具有高效节能、安全环保、成本低廉等优点，有利于市场化应用。

技术领域

本发明属于锌离子电池技术领域，尤其涉及一种水系锌离子液流电池。

背景技术

液流电池是世界上规模最大的储能电池之一，由于设计灵活、全寿命成本最低、能适合各种储能场合，因此竞争力很强，应用前景非常广阔，是可再生能源利用和智能电网发展的必备技术之一。当今加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源已刻不容缓，开发高效的规模储能技术意义非常重大。

根据储能机理的不同，液流电池大致可分为全液相双液流电池和沉积型单液流电池两类。较为成熟的全液相双液流电池为全钒液流电池，但钒价上涨，又需采用昂贵的离子交换膜，给其推广应用增加了难度。沉积型单液流电池体系，是指在充(放)电过程中至少有一个电对的充(放)电产物沉积在(或原本在)电极上，有效避免了全液相双液流电池的溶液交叉污染、水转移和使用昂贵膜材料等问题，但现有的沉积型单液流电池，如锌镍单液流电池(CN200610109424.7)正极采用镍电极，成本较高；PbO₂-Cu(Cd)单液流电池(CN200810104996.5)含有毒元素，存在环境污染隐患。

中国发明专利（CN 101540417）公开了一种锌离子电池，它以二氧化锰为正极活性材料，以锌为负极，以含有锌离子的水溶液为电解液，组成可充电锌离子电池。这种可充电锌离子电池可使用数百次，同时具有高功率密度和高能量密度。然而，这种可充电锌离子电池，一方面，随着电化学过程的进行，电解液中的水慢慢被分解成氢气和氧气挥发，电解液的量慢慢减少，使电池性能下降。另一方面，电池在循环过程中容易形成锌枝晶和碱式硫酸锌沉淀(Zn₄SO₄(OH)₆·5H₂O)等副产物。坚硬的锌枝晶会大大增加电池短路的风险，而非活性的碱式硫酸锌沉淀会沉积于隔膜上。随着副产物的不断沉积，隔膜体积的不断膨胀，也进一步增加电池短路的风险；此外，隔膜的孔隙率显著减少，电化学反应中物质传输受阻，反应速率减慢，从而使二次锌离子电池的容量下降，循环性能变差。

中国发明专利（CN201510621596.1）公开了一种水系锌锰单液流电池及其制备方法，将正、负电极的活性物质以可溶性盐的形式储存流动电解液中，且无需离子交换膜分隔，同时，正极氧化态活性物质和负极还原态活性物质也可部分附着在正、负极集流体上，利用电解液的流动加快了离子的传质扩散，有效抑制了锌负极的枝晶刺破隔膜造成短路的风险，从而改善电池正、负电极的性能。但是电解液的流动也使体系中的副反应加剧，副产物如碱式硫酸锌沉淀的不断产生，加上反应过程中电极材料部分脱落，将导致电解液浑浊、电池容量衰减以及在底部大量沉积后连接正、负电极导致电池短路等问题。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种水系锌离子液流电池，综合了锌锰离子二次电池和液流电池的优点，并采用简单巧妙的结构设计，将电池充放电过程中产生的副产物、脱落物在沉积板上充分汇集并及时排出电池体系外，避免碱式硫酸锌沉淀等副产物不断产生带来的不良效应，保证电解液循环过程中维持清澈、稳定的状态，同时保证正、负电极发生反应的活性位点不受沉淀物的影响，从而提高水系锌离子液流电池的倍率性能和循环寿命，具有高效节能、安全环保、成本低廉等优点，有利于市场化应用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：