[发明专利]电极浆液和浆液电极以及液流电池和电池堆

说明书

本发明涉及液流电池领域，公开了一种电极浆液和浆液电极以及液流电池和电池堆，所述电极浆液含有：电极颗粒以及含有活性物质的电解液；相对于100重量份的活性物质，电极颗粒为10‑1000重量份。该浆液电极包括：双极板(1)、集流器(2)以及用于存储电极浆液的浆液电极储罐(4)，双极板(1)相对的两面中，一面与集流器(2)相邻，另一面设置有浆液电极腔(5)，双极板(1)和浆液电极腔(5)之间贯穿设置有流道，使得电极浆液在浆液电极腔(5)和浆液电极储罐(4)之间循环流动。使用本发明提供的电极浆液的液流电池，在相同电流条件下，可以提供更高的更稳定的功率输出，且成本低廉。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，具体地涉及一种电极浆液、一种浆液电极以及一种液流电池和一种电池堆。

背景技术

液流电池是一类适合于大规模储能的电化学储能技术，一般利用充放电过程中正极和负极液相中活性物质价态的变化实现能量的储存和释放。目前发展较为成熟的体系包括全钒液流电池、铁铬液流电池和锌溴液流电池。液流电池具有独立的能量单元和功率单元，能量单元一般指电池的正极和负极电解液，电解液中活性物质的浓度和体积决定了液流电池的能量上限，功率单元一般指单电池或者电池堆，电解液流过电池堆内的电极，活性物质在电极表面发生反应，从而将化学能转化为电能，或者将电能转化为化学能。

液流电池一般使用流通型(flow-through)电极，电极材料由多孔的碳、石墨或者金属材料构成，包含活性物质的电解液通过管路输送至电极入口，并进入到电极内表面，在电极内表面与电解液接触的界面发生电化学反应，伴随着活性物质价态的改变和电子的得失，从而实现电能的储存和释放。电极表面积的大小决定了电池电流的大小，同时电极表面的孔结构影响活性物质的传递。增大电极表面积有利于提高电池产生更大电流的能力，但是会降低电极的孔径，从而限制活性物质的传递，因此电池无法在更高电流条件下工作，其性能提升遇到了瓶颈。

Meng-Chan Li等(Nature,520(2015)325)报道了一种可充电的铝离子电池，该电池具有高功率特性。电池的负极反应是铝的沉积和溶解反应，正极反应是四氯化铝负离子的嵌入和脱嵌反应，其电解液采用不易燃的离子液体。电池的放电平台为2V，容量为70mAh·g^-1，电流效率为98％。该电池具有很好的稳定性。但遗憾的是，该电池容量偏低，仍然与普通非液流电池一样，不具备容量和功率解耦的功能，很难进行大规模储能使用。

全钒液流电池是一类研究较早，较为深入，并且具备较好商业化前景的液流电池。其利用溶于水溶液中的钒离子价态的变化实现能量的储存和释放。最早的专利报道可以追溯到1988年的美国专利“All-vanadium redox battery”(US4786567)。该电池由于采用水溶液，不易燃，更无起火爆炸危险。同时电极反应区域和活性物存储区域独立，从而实现了功率与容量的结构，可以根据需要，单独进行输出功率和容量的设计。另外其具有寿命长，材料可回收利用等优点。但是其开路电压相对较低，输出功率偏低。同时，由于钒元素储量相对有限，原料价格偏高，储能成本昂贵。因此，其实际的商业化应用受到极大挑战。

US20150125764A1中公布了一种流动型离子电池。其目的是使其兼具锂离子电池高电压、高功率的优势和液流电池功率与容量解耦的特性，使其既适用于电动车等领域，又适用于风电并网等大规模储能领域。但是由于其脱胎于锂离子电池，需要在初始充电时形成SEI钝化层，但在流动条件下，该膜无法持续形成，从而很难进行后续反应。因此，有关该领域的探索仍然围绕在基础理论突破方面。

由此可以看出，目前亟需开发一种成本低廉、电化学性能好的液流电池。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的液流电池生产成本高、电池容量较低以及难以大规模使用的缺陷，提供一种电极浆液、一种浆液电极和一种液流电池以及一种电池堆，使用本发明提供的电极浆液的液流电池，在相同电流条件下，可以提供更高的更稳定的功率输出，且成本低廉。