[发明专利]一种工业化应用的液态金属电池及其应用方法

说明书

本发明公开一种工业化应用的液态金属电池及其应用方法，该电池结构包括设有耐蚀内衬的壳体，位于壳体内底部的耐蚀内衬上方设置有下电池阳极石墨块、下电池阳极母液层、下电池液态电解质层和下电池金属锂、隔离石墨板，隔离石墨板上方依次设置有上电池阳极母液层、上电池液态电解质层和上电池金属锂、上电池阴极石墨块；位于一端的下电池阳极钢棒和上电池阴极钢棒分别电连接有电源，另一端的下电池阳极钢棒和上电池阴极钢棒分别电连接DC/AC逆变器、升压器和负载。本发明上述工业化应用的液态金属电池结合其应用方法，可以耐高温腐蚀、密封严密并且具有良好保温，不需要外部加热，储能效率高。

技术领域

本发明涉及液态金属电池技术领域，特别是涉及一种工业化应用的液态金属电池及其应用方法。

背景技术

液态金属电池是近年来新兴发展的一类新型电化学储能技术，在大规模储能领域具有宽广应用前景。液态金属电池概念模型的提出最早可以追溯于美国铝业公司在20世纪初期提出的三层液态Hoopes铝电解槽，Hoopes发明的新型电解精炼法，由于其电解槽内有三层液体而得名，三层液态分别为上层是由精炼得到的低密度高纯度液态铝阴极，下层为高密度铜铝合金正极，中间层为熔融盐电解质。在20世纪六七十代，关于“热再生双金属电池”等类似方向的研究课题被美国通用汽车公司、美国阿贡国家实验室等反复讨论和研究，美国通用汽车公司首先提出了Na-Sn双金属电池，该电池在700℃工作温度下，连续充放电超过30天，电池密度最高可达到0.7A/cm²，电池效率超出了95％，电压保持在0.35-0.45V。

2006年，美国麻省理工学院(MIT)的Sadoway教授及其团队首次提出液态金属电池，Sadoway教授在冶金工业高温制备金属铝的基础上，提出了高温液态金属电池的概念。高温液态金属电池的特点与钠硫电池相接近，都具备较高的能量效率，电池寿命长，最高可达十年以上，而且电池结构十分简单，成本低，库伦效率高，电池稳定。该类型电池在Sadoway教授提出后，吸引了全球储能研究的目光。然而，液态金属电池在概念提出后长时间内没有大规模生产以及应用，主要是因为液态金属电池温度过高，目前主流的液态金属电池工作温度大多都在400℃左右，会使电池安全性问题存在严重隐患。Sadoway教授及其团队先后研究了Na-Bi体系、Ca基、Mg基、Li基等电池体系，其中Li-Bi体系表现出优异的库伦效率和放电性能。

液态金属电池由三层液态物质构成，各活性组分由于互不相溶且密度不等的缘故自动地分为三层，分别是处于最上层的低密度的负极A，处于最下层的高密度的正极B以及处于中间层分隔正负极起隔膜作用的熔融无机盐电解质。在放电过程中，负极金属材料发生氧化反应，以离子形态通过中间层熔融无机盐电解液后迁移至正极，负极金属离子在正极上发生还原反应，形成合金，并使负极液层厚度减小，正极液层厚度增加。而在液态金属电进行充电时所发生的反应进程与上述进程正好是相反的。

电池具体电化学反应电极和总反应公式如下：

负极电极反应：A-ne^-→Aⁿ⁺

正极电极反应：Aⁿ⁺+ne^-+B→AB

总反应过程：A+B→AB

现有的液态金属电池工作温度高，而且都采用竖直电极直接插入液态金属方式，采用密封圈方式密封，因此，电极腐蚀严重，并且密封圈不耐高温腐蚀，经常发生开圈现象，电极寿命短，严重影响电池正常工作，由于保温不好，电池组要密封在保温箱中，并且还要外部加热，影响了液态金属电池的工业推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业化应用的液态金属电池及其应用方法，以解决上述现有技术存在的问题，耐高温腐蚀、密封严密并且具有良好保温，不需要外部加热，储能效率高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：