[发明专利]一种铁基氧化还原液流电池系统

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种电池系统，尤其涉及一种铁基氧化还原液流电池系统。

背景技术

氧化还原液流电池是一种电化学存储装置，它将能量储存在一种化学物质中，通过自发的反氧化还原反应将储存的化学能转化为电能。液流电池中的反应是可逆的，反过来说，分配的化学能可以通过诱导反向氧化还原反应的电流来恢复。单个氧化还原液流电池一般包括负极、膜阻挡层、正极和含有电活性材料的电解质。多个电池可以串联或并联，以便在流电池中产生更高的电压或电流。电解质通常储存在外部容器中，并通过电池的两侧进行泵送。当施加电荷电流时，电解质在正极失去电子，并在负极上获得电子。膜屏障防止正极电解质和负电解质混合，同时允许离子导电。当施加放电电流时，电极上发生反向氧化还原反应。电池中的电位差是由电解质中的氧化还原反应维持的，并且在反应持续时能通过导体感应电流。氧化还原电池储存的能量受电解质中可供放电的电活性物质数量的限制，这取决于电解质的总体积和电活性材料的溶解度。

混合液流电池是由一个或多个电活性材料沉积在电极上的固体层来区分的。例如，混合液流电池可以包括一种化学物质，它在整个充电过程中在基板上作为固体，其排出的物质可在整个放电过程中被电解液溶解。在混合液流电池系统中，氧化还原电池储存的能量可能受到充电过程中镀金属量的限制，因此可能取决于电镀系统的效率，以及可用的体积和表面积。

在混合液流电池系统中，负极可以称为电镀电极，正极可以称为氧化还原电极。电池电镀侧的电解液可以称为电镀电解质，电池氧化还原侧的电解质可以称为氧化还原电解质。

混合式氧化还原液流电池的一个例子是铁作为反应的电解液，负极上的Fe²⁺在充电过程中接收两个电子，以金属铁的形式沉积，而铁在放电过程中失去两个电子并重新溶解为Fe²⁺。在正极上，两个Fe²⁺在充电过程中失去两个电子形成两个Fe³⁺，在放电过程中，两个Fe³⁺获得两个电子形成两个Fe²⁺：

用于此反应的电解质是现成的，可以在低成本进行生产(如氯化亚铁)。它同样具有很高的回收价值，因为相同的电解质可用于电镀电解质和氧化还原电解质，从而消除交叉污染的可能性。与混合氧化还原流电池中使用的其他化合物不同，铁在电镀过程中不形成树突，从而提供稳定的电极形态。此外，铁氧化还原流电池不需要使用有毒原料，在相对中性的pH下工作，与类似的氧化还原流电池电解质不同。因此，它是目前生产的所有先进电池系统中对环境危害最小的产品。

然而，上述系统的缺点限制了它在商业应用中的实用性。这些缺点之一是由于这些负极和氧化还原电解质趋于稳定的pH值范围不同，导致这些电池的循环性能和效率低下。为了减少铁的腐蚀反应并提高镀铁效率，镀铁反应需要3～4的pH值。然而，亚铁离子和铁离子氧化还原反应所需的pH值小于1，以促进氧化还原反应动力学，并尽量减少氢氧化物的生成。

分离电解质的膜屏障的浓度梯度会引起电解质的交叉。从氧化还原侧(酸性较强)到电镀侧(酸性较低)的Fe³⁺污染会导致Fe(OH)₃的沉淀物的形成。这种沉淀物会破坏离子交换膜的有机官能团，或堵塞微孔膜的微孔。在这两种情况下，薄膜欧姆电阻随着时间的推移而上升，电池性能下降。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的电池系统，以便克服现有电池系统存在的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种铁基氧化还原液流电池系统，可降低Fe(OH)3沉淀的形成，提升电池系统的性能及稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种铁基氧化还原液流电池系统，所述电池系统包括：控制系统、电镀电解质储罐、氧化还原电解质储罐、第一传感器、第二传感器、第一外部储罐、第二外部储罐、阴极添加剂泵、阳极添加剂泵、阴极、阳极、阴极镀铁层、隔膜、阴极反应器、阳极反应器、第一探针、第二探针、第一泵体、第二泵体；

所述控制系统分别连接第一传感器、第二传感器、第一探针、第二探针、阴极添加剂泵、阳极添加剂泵、第一泵体、第二泵体，所述控制系统接收第一传感器、第二传感器、第一探针、第二探针感应的数据，控制阴极添加剂泵、阳极添加剂泵、第一泵体、第二泵体的动作；电解质通过第一泵体、第二泵体能从反应器中泵出；