[发明专利]一种水系锌锰单液流电池

摘要

本发明涉及一种水系锌锰单液流电池，正极活性物质为锰氧化物、金属复合氧化物、金属氧化物或碳材料，负极为锌电极，电解液为含锌盐和锰盐的近中性水溶液，正、负电极活性离子可共存于一个电解液中，无需离子交换膜分隔正负极；在充放电过程中，电解液在液泵推动下通过管道在电解液储罐和电堆之间不断流动。充电时锌离子从电解液中沉积到负极集流体上，锌锰离子共嵌入正极活性物质的同时，锰离子发生氧化沉积；放电时负极沉积锌溶解到电解液中，正极锰氧化物部分还原溶解与锌离子同时脱出回到电解液中。该电池具有制造简单、较高比能量和比功率、成本低、循环寿命长、环境友好等突出特点，广泛应用于电力、交通、电子等领域。

主权项

1.一种水系锌锰单液流电池，其特征在于该电池包括电堆(1)、电解液储罐(2)、液泵(3)及管道(4)，电解液从电解液储罐(2)通过液泵(3)经管道(4)由正极极柱(5)侧面的流道流入电堆(1)，从负极极柱(6)侧面的流道流出电堆(1)，由此电解液在电堆(1)与电解液储罐(2)之间循环流动；电堆(1)包括正极(10)、负极(8)和封装外壳，正极膜涂覆压制在正极集流体(11)上构成正极(10)，负极膜涂覆压制在负极集流体(7)上构成负极(8)，正极(10)、负极(8)电极按照正负相对的方式排列在电堆(1)封装外壳中；正极(10)的活性物质为锰氧化物、金属复合氧化物、金属氧化物或碳材料，正极(10)的制作是将质量百分比为30～88％∶10～50％∶2～20％的正极活性物质、导电剂和粘合剂混合拉浆涂覆在正极集流体(11)上压制而成，或者将多孔碳毡、石墨毡直接粘接到集流体(11)上；正极活性物质、导电剂和粘合剂质量配比为30～88％∶10～50％∶2～20％；导电剂为石墨、石墨烯、碳黑、乙炔黑、炭纤维、纳米碳纤维或炭纳米管中的一种以上；粘结剂为聚四氟乙烯、水溶性橡胶、聚偏四氟乙烯或纤维素；正极集流体(11)为钛网、覆碳钛网、不锈钢网、覆碳不锈钢网、覆导电塑料不锈钢网、冲孔不锈钢箔；负极(8)的活性物质为锌粉、锌铋合金粉、磷酸锌或焦磷酸锌中的一种以上，负极(8)的制作是将质量配比为50～90％∶5～20％∶2～5％的负极活性物质、导电剂和粘合剂混合拉浆涂覆在负极集流体(11)上；导电剂为石墨、石墨烯、碳黑、乙炔黑、炭纤维、纳米碳纤维或炭纳米管中的一种以上；粘结剂为聚四氟乙烯、水溶性橡胶、聚偏四氟乙烯或纤维素；负极集流体(7)为碳材料、金属箔、金属网、冲孔金属板或泡沫金属，金属材料上电镀金属M或金属M合金，金属M为锌、锡、铅、镉、铋、镓中的一种以上；正极活性物质的化学式为MnxOy或AσMyB1‑yOz，MnxOy中2≥x≥1、3≥y≥1，AσMyB1‑yOz中1＞σ≥0、1≥y≥0、4≥z＞0，A为K、Na、Li、Mg、Ca、Cu、Zn中的一种以上，M为Mn、Fe或Si，B为Ni、Co、P、Ba、Cr、Al、Ti、V、Pb、Bi、Ag、Mo、W、Zn、Nb、Cu、La中的一种以上；碳材料为活性碳、石墨毡、介孔碳、多孔碳纤维、碳纳米管或石墨烯；电解液(9)为含可溶性锌盐和锰盐的水溶液，储存在电解液储罐(2)中；在充放电过程中，电解液(9)在液泵(3)推动下通过管道(4)在电解液储罐(2)和电堆(1)之间不断流动；电解液(9)为以锌、锰可溶盐为电解质，水为溶剂并具有离子导电性的液态材料，pH值为4～7；电解液含有锌离子和锰离子，锌离子和锰离子浓度分别为0.2～3摩尔/升；或电解液中含有锌离子和锰离子、阳离子盐型支持电解质、缓蚀添加剂，其中阳离子盐型支持电解质为镁盐、钙盐、锶盐、钠盐、钾盐、铷盐、铯盐、锰盐、钴盐、镍盐、铜盐、铝盐中的一种以上，阳离子盐型支持电解质含量占电解质总质量的质量百分比1～50％；缓蚀添加剂为镓盐、铟盐、镉盐、聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵、明胶、乙二胺、氨基乙酸、氨二乙酸中的一种以上，缓蚀添加剂含量占电解质总质量的质量百分比0.01～20％。