[发明专利]一种负极为钛电对的液流电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型液流电池体系的构建，特别涉及一种负极为钛电对的液流电池。

技术背景

液流电池是一种以活性物质在流动状态下实现充电、放电为特点的大规模储能装置，近年来，随着风能太阳能等可再生能源的发展，液流电池由于其大规模储能特点彰显出良好的发展前景。迄今为止，液流电池已发展出多种体系，从铁/铬电池开始，到多硫化钠/溴和全钒液流电池，以及新体系探索，然而，仍有许多性能良好的体系未能得到足够的重视。特别是，1979年，F Savinell等提出的铁钛电池，电池正极为Fe³⁺/Fe²⁺，负极为TiO²⁺/Ti³⁺，该电池的理论电压低，仅有0.77V(实际放电仅有0.67V)，为此，铁钛电池未能得到发展。该电池中，Fe³⁺/Fe²⁺半电池具有较好的可逆性和较快的动力学特征，后续发展出了铁铬电池；而钛半电池反应速度相对慢，易形成TiO₂沉淀，使电极钝化，为此，钛电对未能得到后续的应用。然而，研究表明，通过电解液配比的改变，在中性或酸性条件下，TiO²⁺/Ti³⁺具有溶解度高、氧化还原电位低、可逆性好、化学性质稳定性好的优点，与适当的正极电对配对，可以得到一系列性能优良的液流电池新体系。

发明内容

本发明的目的在于提供一系列以钛电对为负极的新型液流电池体系。不同于现有的液流电池体系，本发明的思路是：在中性或酸性条件下，采用溶解度高、氧化还原电位低、可逆性好、化学性质稳定性好的钛电对作为负极，采用溶解度高、氧化还原电位高、可逆性好、化学性质稳定性好的钴(III)/钴(II)、锰(III)/锰(II)、锰(IV)/锰(II)、碘(VII)/碘(V)或碘(V)/碘作为正极，构建出一种系列新型的液流电池体系，实现大规模储能的需求。

本发明的技术方案如下：负极为钛电对的液流电池由电池单体1、负极储罐8、正极储罐10、泵12和管路13构成；电池单体1通过管路13与负极储罐8相连，负极储罐8通过管路13依次与泵12、电池单体1相连并行成回路；电池单体1通过管路13与正极储罐10相连，正极储罐10通过管路13依次与泵12、电池单体1相连并行成回路；负极电解液9的主体存放在负极储罐8中，正极电解液11的主体存放在正极储罐10中，以管路13通过泵12与电池单体1连成回路；在充放电过程中，负极电解液9与正极电解液11在泵12推动下通过管路13在负极储罐8及正极储罐10和电池单体1之间循环流动；其中电池单体1是由负极集流体3、负极电极4、隔膜2、正极电极6和正极集流体5封装在外壳7中组成，正极集流体5、正极电极6、隔膜2、负极电极4、负极集流体3依次相连；隔膜2分隔电池单体1的负极电解液9和正极电解液11；该液流电池的负极电解液9和正极电解液11为水溶液，负极活性物质是钛IV/钛III电对，正极活性物质电对是钴III和钴II、锰III/锰II、锰IV/锰II、碘VII/碘V或碘V/碘，负极活性物质溶解于负极电解液9中，正极活性物质溶解于正极电解液11中。

本发明的正极电极6为碳材料、具有导电氧化物膜表面的钛及钛合金、具有导电氮化物膜表面的钛及钛合金、具有导电氧化物膜表面的钽及钽合金、具有导电氮化物膜表面的钽及钽合金或具有导电碳化物膜表面的钽及钽合金，形态是多孔的材料。

本发明的负极电极4是碳材料、具有导电氧化物膜表面的钛及钛合金、具有导电氮化物膜表面的钛及钛合金、具有导电氧化物膜表面的钽及钽合金、具有导电氮化物膜表面的钽及钽合金或具有导电碳化物膜表面的钽及钽合金，形态是多孔的材料。

本发明的负极集流体3为碳材料、钛及钛合金、钽及钽合金、不锈钢或铅及铅合金。

本发明的正极集流体5为碳材料、具有导电氧化物膜表面的钛及钛合金、具有导电氮化物膜表面的钛及钛合金、具有导电氧化物膜表面的钽及钽合金、具有导电氮化物膜表面的钽及钽合金或具有导电碳化物膜表面的钽及钽合金。

本发明的负极电解液9和正极电解液11的支持电解质为硫酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸、溴酸、碘酸、乙酸、甲基磺酸、氨基磺酸、氟代磺酸，硫酸盐、盐酸盐、氢溴酸盐、氢碘酸盐、溴酸盐、碘酸盐、乙酸盐、甲基磺酸盐、氨基磺酸盐、氟代磺酸盐中的一种以上。

本发明的负极电解液9和正极电解液11的pH值小于8。