[发明专利]一种碱性全铁液流电池

说明书

本发明涉及一种碱性全铁液流电池，负极电解液为具有铁离子与葡萄糖酸根离子形成络合物的强碱混合水溶液，正极电解液为亚铁氰化物与强碱的混合水溶液，正负极电解液中的氢氧根的浓度为0.01～8mol/L，正、负极电解液中活性物质的浓度为0.01～1.5mol/L。本发明中的碱性全铁液流电池是一种低成本，高能量密度、高功率密度、长寿命的碱性液流电池，不仅表现出了优异的电池性能，而且在成本上远远低于全钒液流电池，表现出了很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，特别涉及一种碱性全铁液流电池技术领域。

背景技术

液流电池是一种电化学储能新技术，与其它储能技术相比，它具有系统设计灵活、蓄电容量大、选址自由、能量转换效率高、可深度放电、安全环保、维护费用低等优点，可以广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电储能、应急电源系统、备用电站和电力系统削峰填谷等方面。全钒液流电池(VFB)因其安全性高、稳定性好、效率高、寿命长(寿命15年)等优点，被认为具有良好的应用前景，但VFB的电解液价格昂贵，这在一定程度上限制了其大规模应用。

除了全钒液流电池以外，目前发展较为成熟的液流电池主要还有锌溴液流电池、多硫化钠溴和锌镍电池体系。其中锌溴液流电池和多硫化钠溴电池由于正极侧电解液在充电时会生成溴单质而造成环境污染，制约了其大规模应用；而锌镍电池体系的电解液需用10～14mol/L的强碱做支持电解质，这种高浓度的碱溶液对设备腐蚀严重。

碱性全铁液流电池的负极电解液一般采用铁离子的络合物作为活性物质，而现在有的配体(如三乙醇胺，邻菲罗啉等)与铁离子形成的络合物存在水溶液中溶解度低，稳定性差，在运行过程中正负电解液由于互传导致pH会发生较大变化，而使络合物中的铁离子解络合，而且铁离子在酸性水溶液中极易水解产生氢氧化铁，产生的氢氧化铁不仅会对电池隔膜造成严重的污染，而且会导致电池的容量衰减，对电池的循环寿命极为不利。

而且现有的碱性铁基液流电池主要采用商业化的Nafion膜，Nafion膜在碱性条件下的不仅效率低，而且其成本也阻碍了碱性全铁液流电池的进一步发展。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明开发一种高能量密度、长寿命、性能优异的碱性全铁液流电池。

为达到上述目的，本发明提出一种碱性锌铁液流电池，具体技术方案如下：

电池包括一节单电池或二节以上单电池电路串和/或并联而成的电池模块、装有正极电解液的储液罐、负极电解液的储液罐、循环泵和循环管路，所述单电池包括依次层叠的正极集流板、正极、离子传导膜、负极、负极集流板。离子交换膜由含氮杂环的芳香型聚合物制备而成，负极电极液是三价铁盐与葡萄糖酸盐形成的配合物和强碱的混合水溶液，正极电解液是亚铁氰化物和强碱的混合水溶液，正负极电解液中的强碱在水溶液中的浓度为0.0001～10mol/L，正极电解液中的活性物质为铁氰化物(Fe(CN)₆^3-)或者亚铁氰化物(Fe(CN)₆^4-)中的一种或两种，负极电解液中活性物质为三价铁离子(Fe³⁺)与葡萄糖酸盐形成的配合物或二价铁离子(Fe²⁺)与葡萄糖酸盐形成的配合物中的一种或者两种，正、负极电解液中活性物质的浓度为0.0001～3mol/L；其中含有氮杂环的芳香族聚合物为主链含有氮杂环的芳香族聚合物或者支链含有氮杂环的芳香族聚合物中的一种或者两种以上。

其中正极电解液中亚铁氰化物的摩尔浓度为0.01～1.2mol/L，优选0.1～1mol/L，强碱的摩尔浓度为0.01～5mol/L，优选强碱浓度0.5～1mol/L；负极电解液中的三价铁盐与葡萄糖酸盐形成的配合物在强碱中溶解度为0.01～1.5mol/L，优选0.1～1mol/L，强碱的摩尔浓度为0.01～10mol/L，优选3～5mol/L。