[发明专利]高效镍-铁电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年9月23日提交的U.S.临时申请号61/960,645以及2013 年9月23日提交的U.S.临时申请序列号61/960,653的权益，上述文件所披露 的内容通过引用而整体并入本申请。

关于联邦资助研究或开发的声明

本发明按照项目编号DE-AR0000136得到政府支持，该项目得到美国能源 部高级研究计划部署-能源项目的资助。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

在至少一个方面，本发明涉及用于可充电电池的铁电极。

背景技术

需要高效的、稳固以及可扩展的电能存储系统来适应来自太阳能和风力资 源所产生的电力的固有的变化性和间隔性。这种储能系统在产能过剩时段中将 保留能量，并且在电力需求增加的时段中将释放能量。由于可充电电池的可扩 展性、能量效率以及它们的灵活性(几乎可以放置在任何地方)，其特别适合于 这种应用。尽管许多可充电电池的系统能够商购得到，并且也正在测试其用于 大规模储能应用，但是几乎没有任何一个系统所具有的稳固性或成本效益足以 满足日益生长的市场需求(负荷量、高峰调节和微电网)。因此，对于大规模电 能储存的可行系统的研发仍然是一个挑战。

市售的铁基电池是基于20世纪40年代研发的一个相当强大的技术。这些 电池利用充电效率为70％的铁电极。因此，该电池必须过度充电约100％以实 现完全充电。然而，这些电池不能在约5小时内放完电。为了实现所需的性能 水平，所述电池中包括五倍于所需容量的电极。这种超标的电极降低了质量- 能量比，并且从而增加了储存每千瓦时能量的成本。自从使用铁电极的最早报 道开始至今，铁电极的低充电效率仍然是一个问题。析氢的寄生反应使电池的 双向能源效率降低，并且导致电解质中水的损失。因此，在充电期间完全抑制 析氢反应或得到接近100％的充电效率对于铁基电池的大规模实施是至关重要 的。

因此，需要一种运行更有效的改进电池。

发明内容

通过在至少一个实施方式中提供具有铁电极的可充电电池，本发明解决了 现有技术中的一个或多个问题。所述可充电电池包括铁电极，所述铁电极包括 分散在纤维导电基底上的羰基铁组合物。所述羰基铁组合物包括羰基铁和至少 一种添加剂。对电极与所述铁电极间隔开。电解质与所述铁电极和所述对电极 接触，从而在放电期间，所述铁电极中的铁由于所述对电极处发生的还原反应 而被氧化，进而产生电动势。在充电期间，所述铁电极中的铁的氧化物和氢氧 化物由于所述对电极处发生的氧化反应而被还原。。

在又一实施方式中，提供了一种用于形成铁电极的方法。所述方法包括： 使羰基铁粉末与至少一种添加剂结合以产生电极形成混合物的步骤。用所述电 极形成混合物涂布金属网。在无氧气氛下烧结所述电极形成混合物以形成所述 铁电极。

在又一实施方式中，提供了一种用于形成铁电极的方法。所述方法包括： 使羰基铁与一种或多种添加剂以及可选的粘结剂结合以形成电极形成混合物 的步骤，其中，所述羰基铁具有小于约0.3重量％的氧化物含量。典型地，所 述羰基铁具有平均粒度为约2微米至5微米的铁颗粒。将所述电极形成混合物 引入到在其内放置有镍网或镍涂布网的模具中。在50psi至200psi的压力下， 于140℃至180℃的温度下，压制所述电极形成混合物以形成在其内并入有网 的铁电极。

在又一实施方式中，提供了一种用于形成铁电极的方法。所述方法包括： 使羰基铁与一种或多种添加剂以及可选的粘结剂结合以形成电极形成混合物 的步骤，其中，所述羰基铁具有小于约0.3重量％的氧化物含量。典型地，所 述羰基铁具有平均粒度为约2微米至5微米的铁颗粒。用镍网或镍涂布网卷绕 所述电极形成混合物以形成卷绕的结构。使该卷绕的结构平坦化以形成具有所 述羰基铁颗粒与所述添加剂的袋状物。

在又一实施方式中，提供了一种用于形成铁电极的方法。所述方法包括： 使羰基铁与至少一种添加剂结合以形成电极形成混合物的步骤。将所述电极形 成混合物施加至镍网以形成铁预制电极。对所述铁预制电极进行充放电以形成 可循环的(cycleable)铁电极。

根据下文提供的详细描述，本发明的其它示例性实施方式将更加明显。应 当理解的是，公开了本发明的示例性实施方式的详细描述和具体实施例仅用于 示例说明的目的，并不用于限制本发明的范围。

附图说明