[发明专利]一种氧化还原液流电池和氧化还原液流电池组

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化还原液流电池和氧化还原液流电池组。

背景技术

氧化还原液流电池(Redox Flow Battery，简称RFB)，是利用具有不同 价态元素的氧化-还原反应进行能量储存与转化的电化学系统。与其它储能 系统相比，氧化还原液流电池具有能够大电流充放电、总体能量效率高、可 大规模应用等优势。例如，以V⁵⁺/V⁴⁺和V³⁺/V²⁺电对分别作为电池的正极和 负极活性物质的氧化还原液流电池，称为全钒氧化还原液流电池，简称钒液 流电池。钒液流电池的电极活性物质为含钒的硫酸溶液，正极电解液为含有 V⁴⁺/V⁵⁺氧化还原电对的硫酸溶液，负极电解液为含有V²⁺/V³⁺氧化还原电对 的硫酸溶液。钒液流电池的比能量是由电解液中钒离子的浓度决定的，提高 电解液中钒离子的浓度就可以提高钒电池的比能量。

图1为Electrochimica Acta，47(2001)，825-831中公开的钒液流电池结构 的示意图。由集流体1、电极垫2、“+”区域所表示的正极电解液、“-” 区域所表示的负极电解液和隔膜3组成单体电池，其中，集流体1和附着在 其表面的电极垫2构成电极，集流体的一个表面附着有电极垫则为单面电极， 集流体的两个表面附着有电极垫则为双面电极；从左至右，单体电池依次包 括单面电极、正极电解液、隔膜、负极电解液、双面电极、正极电解液、隔 膜、负极电解液和单面电极，隔膜和双面电极将正极电解液和负极电解液分 隔开，形成串联电池的结构。

放电状态下，正极电解液为VOSO₄和H₂SO₄，负极电解液为V₂(SO₄)₃和H₂SO₄。在充电过程中，V(IV)被氧化成V(V)，而V(III)被还原成V(II)， 单电池开路电压为1.4V；在放电过程中，反应逆向进行，又得到V(III)和 V(IV)。两个半电池之间用隔膜分开，避免正负半电池电解质发生混合，同 时又允许H₃O⁺通过，以保证能够形成通路。

钒电池的反应机理如下：

正极：

负极：

其中，隔膜和双面电极能够防止液体渗透并能够允许水合氢离子通过。 集流体作为氧化还原液流电池的关键材料之一，应该满足电阻率低、化学性 能稳定、不渗透液体、比表面积较大以及具有一定的机械强度等要求。目前 氧化还原液流电池的集流体的材料主要有两类，分别是导电塑料和石墨。

导电塑料一般是将有机高分子(如聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等)与无 机导电材料(碳纤维、乙炔黑和石墨粉等)混合，经过热辊压制成导电塑料 板，再经过化学处理(如5摩/升硫酸浸泡1小时)后得到氧化还原电池的集 流体。

但是，现有的氧化还原液流电池容易发生自放电现象，使电池的库仑效 率降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中氧化还原液流电池集流体渗液导致 电池发生自放电现象从而使库仑效率降低的缺点，提供一种能够避免由于集 流体渗液导致电池发生自放电现的氧化还原流液电池。