[发明专利]一种镉溴锰单液流电池

说明书

本发明涉及一种镉溴锰单液流，正极电解液和负极电解液均为1‑5M(优选1‑4M，更优选2‑3M)Hsubgt;2/subgt;SOsubgt;4/subgt;水溶液；其中含有溴离子在电解液中摩尔浓度为0.25～4mol/L；镉离子于电解液中摩尔浓度为0.1～4mol/L；二价锰离子于电解液中摩尔浓度为0.1～4mol/L；在电解液中溴离子与二价锰离子的摩尔比0.25～4。电解液为镉盐和锰盐和溴化物的混合水溶液，成本较低，溴化物和锰盐的溶解度很高，电池的能量密度高，电解质的电化学活性较好，电池运行的电流密度很高，电池的功率密度高。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，特别涉及锰基液流电池领域。

背景技术

可再生能源像风能和太阳能由于其不连续性和不稳定性难以直接利用，所以储能技术是实现可在生资源推广和产业化的关键。液流电池由于其功率和容量可以独立设计，不受地域环境限制的优势，成为目前最有前景的大规模储能设备之一。

目前发展比较成熟的液流电池主要有全钒液流电池，锌溴液流电池等，但是全钒液流电池的成本受钒资源价格的制约；锌溴液流电池负极受到锌枝晶的影响，在高面容量下容易刺穿隔膜产生短路，限制了其能量密度。锰基液流电池可以实现双电子转移，且具有电极电位高、活性物质溶解度高、成本低廉的特点，有望在同时实现低成本和高能量密度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题(发明目的)

目前锰基电池一般在酸性或中性电解液体系下运行。在中性条件下，二氧化锰致密的沉积在电极表面，限制了电池的面容量；并且需要加入配体稳定正极，降低了电池的电压。在酸性条件下，二价锰离子会先被氧化为三价锰离子，三价锰离子再歧化为二价锰和二氧化锰，造成不可逆的容量损失。

为了解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：

一种镉溴锰单液流电池，包括一节单电池和多节单电池构成的电堆，负极电解液储罐，正负极电解液。

正极电解液和负极电解液相同，均为镉盐和锰盐和溴化物的混合水溶液。所述溴化物为KBr、NaBr、CaBr2、MgBr2、HBr、CdBr2、MnBr2中的一种或二种以上，溴化物在电解液中摩尔浓度为0.25～4mol/L；所述镉盐为CdCl2、CdBr2、CdSO4、Cd(NO3)2中的一种或二种以上，镉盐于电解液中摩尔浓度为0.1～4mol/L；所述锰盐为MnCl2、MnBr2、MnSO4、Mn(NO3)2中的一种或二种以上，锰盐于电解液中摩尔浓度为0.1～4mol/L。

电池充电时，负极的活性物质由泵经过储罐通过管路分别输送至负极，正极的活性物质在电极腔体里反应。在正极上Br-发生氧化变成Br2或多溴化物，Mn2+发生氧化反应变成MnO2，负极上Cd2+还原成Cd；放电时正极MnO2发生还原反应变成Mn²⁺，Br₂或多溴化物被还原成Br-，Br-会继续与未转化的MnO2反应，负极的Cd被氧化成Cd²⁺。

单电池的结构包括正/负极端板、膜、正/负极、集流体、液流框组成。

电极材料为电极为碳毡、石墨板、金属板或者碳布的一种。

镉溴锰单液流电池使用的是不含离子交换基团的微孔膜，包括聚醚砜 (PES)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚砜、聚醚酰亚胺(PEI)、聚偏氟乙烯(PVDF) 的一种或者二种以上的一种或者二种以上，膜厚在100～1000μm，优选500 -1000μm,孔径在10～100nm之间，孔隙率30％～70％。

镉溴锰单液流电池解决了酸性条件下锰基液流电池二氧化锰无法全部被还原的问题，能量密度高；而且电池的成本低；电池运行的电流密度高，电池的功率密度大。

本发明技术方案带来的有益效果：