[发明专利]一种泥浆型钛锰液流电池

说明书

本发明公开了一种钛锰液流电池，负极氧化还原电对为Ti³⁺/Ti⁴⁺，正极的氧化还原电对为Mn²⁺/Mn³⁺/MnO₂，其中，正负极电解液分别从正负极储罐底部出口流出，从正负极储罐顶部或者上部入口流入；钛锰液流电池还包括与电池模块电连接的正负极转换开关，在单电池每运行100‑1000循环或电池衰减超过20％，在电池放电末期，打开正负极转换开关，进行正负极转换，循环往复；所述钛锰液流电池每次充电截止后的正极电解液状态为泥浆状固液混合物；本发明提供的钛锰液流电池，通过将正极电解液出口设置在正极储液罐底部，将电路中添加正负极转换开关，根据电池运行情况实时转换，避免了电池过程中生成的二氧化锰固体颗粒沉积影响电池容量，提高了电池稳定性。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种泥浆型钛锰液流电池。

背景技术

随着经济的发展，对能源的需求日益增加，化石能源的大量消耗所引起的环境问题日益突显。大规模利用可再生能源、实现能源多样化成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。但是风能，太阳能等再生能源的不连续性和不稳定性，使得他们的直接利用困难，所以利用储能技术，实现可再生能源的连续供应成为解决上述问题的关键。液流电池由于设计灵活(能量，功率分开设计)，安全性好，设计寿命长，已经成为大规模储能市场最优前景的技术之一。

目前发展比较成熟的液流体系包括全钒液流电池，锌溴液流电池，多硫化钠溴等体系。但是全钒液流电池面临成本较高，电解质的酸性和腐蚀性较强的问题；另外，锌溴液流电池体系和多硫化钠溴体系面临着溴的挥发性和腐蚀性的问题，环境污染严重，固体枝晶析出影响电池寿命。因此开发低成本、环境友好、高可靠性新型液流电池就变得尤为重要。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种泥浆型钛锰液流电池，利用正极二价锰离子至四价锰离子的反应过程，与以往的利用二价锰离子至三价锰离子的反应过程相比，大幅度提高了正极电解液的能量密度，提高电解液利用率，降低成本。

本发明具体技术方案如下：

一种钛锰液流电池，包括电池模块、正负极电解液储液罐、循环泵和正负极循环管路；电池模块由一节或二节以上单电池串联而成，包括电池端板、双极板、电极、隔膜和电极框，其中，正极电解液储液罐经正极循环管路与电池模块的正极相通，负极电解液储液罐经负极循环管路与电池模块的负极相通，其特征在于：

所述钛锰液流电池还包括与电池模块电连接的正负极转换开关，在单电池每运行100-1000循环或电池衰减超过20％，在电池放电末期，打开正负极转换开关，进行正负极转换，循环往复；电池模块正负极由电路正负极决定，即电池正极为电路正极，电池负极为电路负极；液路正负极由电路正负极决定，即液路正极为电路正极，液路负极为电路负极；

所述钛锰液流电池中，负极氧化还原电对为Ti³⁺/Ti⁴⁺，正极的氧化还原电对为Mn²⁺/Mn³⁺/MnO₂，其中，正负极电解液分别从正负极储液罐底部的出口流出，从正负极储液罐顶部或者上部的入口流入；

所述钛锰液流电池正极电解液状态为泥浆状固液混合物，泥浆状固液混合物是指电池液路正极充电末期以及整个放电过程中(除了放电末期)的电解液状态，即同时含有MnO₂、Mn³⁺和Mn²⁺，本发明在特定装置下保证电池寿命前提将Mn²⁺到MnO₂的容量最大限度的利用，而不是在传统装置下通过抑制二氧化锰生成而保证电池寿命。

基于上述方案，优选地，所述钛锰液流电池每次充电截止后，泥浆状正极电解液含有不同种价态的锰化合物、不同种价态的钛化合物；负极电解液含有不同价态的锰化合物、不同价态的钛化合物；所述泥浆状正极电解液中，泥浆颗粒尺度在1nm-1000nm。