[发明专利]可充电锌空气液流电池系统

说明书

本发明公开了可充电锌空气液流电池系统，通过将颗粒状负极置于可旋转的多孔滚笼中充电来解决枝晶问题和负极变形以及负极钝化的问题，通过三电极体系来解决充电会破坏空气扩散电极的问题，通过在充电阳极和负极间使用隔膜设置独立充电阳极室的方式，使充电时阳极室内pH降低的方式来分离碳酸盐，在滚笼内部设置盘状集电体来减少负极载体的方法，增大了储锌的空间，增大了比能量，同时降低了接触电阻。本发明所述的可充电锌空气液流电池系统，可由多个电池进行串联和并联组成电池组，由泵将电解液从储罐中抽出送至每个电池，再经管道流回储液罐，在充放电的过程中，电解液中水的含量会发生变化，其波动的体积由储罐进行缓冲。

技术领域

本发明涉及电池领域，特别涉及可充电锌空气液流电池系统。

背景技术

锌空气电池是以金属锌为负极，以空气中的氧为正极材料的电化学储能系统，由于锌化学性质稳定，矿藏丰富，成本较低，电解液为水溶液，不可燃，所以安全性高，以空气中的氧为正极材料，取之不尽用之不竭，不占用电池重量和体积，所以具有很高的理论能量密度。

现有的电池系统在使用时存在一定的弊端，由于几个技术问题的困扰，尽管锌空气电池发明了俞百年的时间，仍然不能充电，只能作为一次电池使用，或者以更换锌板和电解液的方式进行机械充电，操作复杂，难以推广。技术人员进行了大量的与充电相关的研究，主要有以下问题未能克服：

第一个问题是枝晶，充电时，锌沉积到负极上时，很容易生成树枝状结晶，简称“枝晶”，在电场作用下枝晶从负极向正极生长，当碰到正极时会短路导致电池失效，甚至发生危险。

第二个问题是充电时负极作为阴极沉积锌，而在放电时，负极又作为阳极溶解，阴极和阳极电流密度的分布是不一样的，电流效率也有差异，在多次循环以后由于多种因素累加，有些区域会变得越来越厚，有些区域会变得越来越薄，负极极板会发生变形。

第三个问题，充放电时，锌在溶解时表面会形成氧化锌或氢氧化锌，这些不溶化合物不能尽快离开表面，就会导致钝化，电阻增大导致电流密度降低，影响电池性能。

第四个问题，锌空气电池通常使用氢氧化钾碱性电解液，在空气中会吸收二氧化碳生成碳酸钾，碱度逐渐降低会降低电池性能，不能正常充放电。

第五个问题，空气扩散电极同时作为充电电极的话，因充电电极上大量的氧气生成，会有电化学溶解和机械剥离的作用而破坏空气扩散电极，导致寿命缩短。

申请号为202210667071.1的专利公开了一种通用型二次电池结构，解决了前三个问题，但电解液吸收二氧化碳和充电破坏空气扩散电极的问题没有解决，所以只能用纯氧作为正极材料，不能用空气；申请号为202210667071.1的专利申请中为了让滚笼旋转，使用了磁传动电机驱动的方案，并将轴部同时作为负极集电体使用。也有一定的缺陷。

用电机驱动会耗费多余电力，增加成本，并增加不可靠因素。

用滚笼的轴作为负极集电体时，负极颗粒就必须超过滚笼一半的装载量才能接触集电体，负极颗粒在沉积金属以后体积会膨胀，那么滚笼中留有的膨胀空间就会更小，导致电池的能量密度偏低。

负极颗粒上的金属沉积层可能会有细小金属颗粒脱落，掉出滚笼，这部分的电能就可能会浪费掉。

为解决以上问题，我们提出可充电锌空气液流电池系统。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了可充电锌空气液流电池系统，解决电机驱动滚笼可靠性低的问题；

解决以轴做集电体导致比能量低和接触电阻大的问题；

解决用空气扩散电极做充电阳极会破坏空气扩散电极的问题；

解决电解液积累碳酸盐的问题；

解决有金属锌颗粒掉出滚笼、导致利用率降低的问题；

解决因充放电，电解液水含量波动的问题；