本发明专利技术提供一种液态金属电池及液态金属电池千瓦级模组，该液态金属电池的正负极从电池壳体的侧壁上引出。该千瓦级模组由若干依次串联在一起的电池模组构成，电池模组由电池模组内芯及其外部包裹的保温层构成，电池模组内芯由加热隔板和其上放置的若干液态金属电池为重复单元层叠堆垛构成，电池模组内芯中的所有液态金属电池依次串联在一起。本发明专利技术的电池结构便于电池之间的单层连接，最大幅度的缩小电池间的连接距离，节省空间，能将电池间的连接电阻降到最小，最大幅度地减小能量在电池模组内部的损耗，提升电池模组的能量转换效率。本发明专利技术填补了液态金属电池千瓦级模组设计的空白，能够大幅推动液态金属化电池的商业化进程。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种液态金属电池及液态金属电池千瓦级模组，该液态金属电池的正负极从电池壳体的侧壁上引出。该千瓦级模组由若干依次串联在一起的电池模组构成，电池模组由电池模组内芯及其外部包裹的保温层构成，电池模组内芯由加热隔板和其上放置的若干液态金属电池为重复单元层叠堆垛构成，电池模组内芯中的所有液态金属电池依次串联在一起。本专利技术的电池结构便于电池之间的单层连接，最大幅度的缩小电池间的连接距离，节省空间，能将电池间的连接电阻降到最小，最大幅度地减小能量在电池模组内部的损耗，提升电池模组的能量转换效率。本专利技术填补了液态金属电池千瓦级模组设计的空白，能够大幅推动液态金属化电池的商业化进程。【专利说明】一种液态金属电池及液态金属电池千瓦级模组
本专利技术属于电化学储能电池领域，具体涉及一种液态金属电池及液态金属电池千 瓦级模组。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，传统化石能源日益匮乏，生态环境的负荷也越来越重， 新能源产业发展的重要性日益凸显；在调整能源结构和增加能源产出的同时，提高现有能 源产出的利用率和品质的重要性显而易见。近些年来，我国光伏产业和风电产业发展极为 迅速，尤其是风力发电装机量连年保持翻番增长，但风电、光电等新能源发电自身所固有的 间歇性、不连续性和不稳定性等特征，使得新能源产业空有庞大的装机量却只有极少部分 的发电量可以并网利用；另外，随着智能电网时代的到来，电力系统正在从传统型向清洁、 高效、智能型转变，如何有效地消除减轻昼夜间电网峰谷差，平滑负荷，以"微电网"的形式 实现产能与负载同时调节，提高电力设备运行效率，降低供电成本，已经成为各个国家构建 智能电网的核心内容。而不论是上述的可再生能源不稳定性的消除，以实现真正地并网发 电，还是减轻昼夜间电网峰谷差，平滑负荷，都需要有大规模、低成本的储能技术作为支撑。 大容量的储能技术主要分为化学储能（如锂离子电池、钠硫电池、液流电池等）、物理储能 (如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）和电磁储能（如超导储能、超级电容器等）三大 类；其中化学储能（电池技术）由于具有能量转换效率高、对环境要求低和容量易拓展等优 点已经成为未来智能电网中大规模储能技术的首选。 作为一种较新的电池储能技术，液态金属电池的概念于2007年由美国麻省理工学 院教授D. R. Sadoway提出，是一种专门用于大规模电力系统储能的新型电池，此全液态金 属电池在高温下，两电极均为液态金属，电解质为熔融态无机盐，电极与电解质由于密度不 同且互不混溶而自然分层，电解质自然将两液态金属电极隔开。（Bradwell D J, Kim H, Sirk A H C, et al. Magnesium - Antimony Liquid Metal Battery for Stationary Energy Storage. Journal of the American Chemical Society, 2012, 134(4):1895-1897.) 目前，单体液态金属电池在实验室的研究已经取得了巨大的进展，但距离真正商 业化还有很多技术难题尚未解决，如在其商业化进程中，最重要的关于电池模组设计的研 宄就非常欠缺。 首先，液态金属电池需要在高温（300°C?700°C )下运行，电池模组的设计必须 考虑整个电池模组的保温和加热问题；其次，由于液态金属电池电压一般在IV以下，电流 密度非常大，通常在〇.4A/cm2以上，所以模组内电池与电池之间连接产生的欧姆阻抗对电 池模组的性能影响非常大，需要考虑模组内各个单体电池之间的连接问题；最后，由于液态 金属电池独特的电池结构，堆垛方式的选择很关键，如何节省空间、保证结构强度和高效换 热，这些都决定着电池模组的运行性能和寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种液态金属电池及液态金属电池千瓦级模组，具有高效 的电池间连接方式，能够节省空间，提高电池的能量转换效率。 为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为： -种液态金属电池，包括金属材质的方形电池壳体，方形电池壳体内从下到上依 次设置有正极材料、电解质和电流收集器；其中电流收集器包括吸附有负极材料的金属多 孔材料、固定在金属多孔材料上方的带有若干通孔的金属孔板、以及固定在金属孔板上方 的负极金属电流引出杆；金属多孔材料的底部浸入在电解质内，方形电池壳体的侧壁上开 设有孔，孔上设有密封绝缘陶瓷件，负极金属电流引出杆的自由端伸出孔外，并由密封绝缘 陶瓷件将其紧固在方形电池壳体的侧壁上，且负极金属电流引出杆的自由端和方形电池壳 体的侧壁通过密封绝缘陶瓷件密封并互相绝缘；方形电池壳体的侧壁上还设有正极电流引 出端，正极电流引出端与负极金属电流引出杆自由端的尺寸相同，并且两者位于方形电池 壳体的不同侧壁的同一高度上，正极电流引出端和负极金属电流引出杆的自由端分别为液 态金属电池的正极和负极。 所述的正极电流引出端与负极金属电流引出杆同轴设置。 所述的负极金属电流引出杆的自由端的顶部设有第一斜面，正极电流引出端的顶 部设有与第一斜面相配合的第二斜面。 所述的负极金属电流引出杆的自由端上设有第一外螺纹，正极电流引出端上设有 第二外螺纹，第一外螺纹和第二外螺纹除旋向相反外其余参数均相同。 液态金属电池千瓦级模组，由若干依次串联在一起的电池模组构成，其中每个电 池模组包括若干加热隔板，每个加热隔板上放置若干液态金属电池，以每个加热隔板和其 上放置的液态金属电池为重复单元，由若干重复单元层叠堆垛形成电池模组内芯，在电池 模组内芯的外部包裹密闭的保温层，从而构成电池模组，并且保温层的侧壁上设有引线接 口和电源接口，加热隔板通过导线与电源接口相连，电池模组内芯中的所有液态金属电池 依次串联在一起，串联后所有液态金属电池中剩余的一个正极与引线接口的正极相连，剩 余的一个负极与引线接口的负极相连。 当相邻两个液态金属电池的正极和负极临近时，直接通过螺母将正、负极相连，螺 母内设有与负极上的第一外螺纹及正极上的第二外螺纹相匹配的内螺纹；当相邻两个液态 金属电池的正极和负极之间有间距时，利用金属连杆配合螺母将正、负极相连，其中金属连 杆的两端分别与液态金属电池的正、负极结构相同，通过螺母将金属连杆中与负极结构相 同的一端与液态金属电池的正极相连，另一端与负极相连。 保温层与电池模组内芯之间的密闭空间内充有氮气或惰性气体。 所述保温层的厚度h通过式（1)计算得到， 【权利要求】1. 一种液态金属电池，其特征在于：包括金属材质的方形电池壳体（1)，方形电池壳体 (1)内从下到上依次设置有正极材料（7)、电解质（6)和电流收集器；其中电流收集器包括 吸附有负极材料的金属多孔材料（5)、固定在金属多孔材料（5)上方的带有若干通孔的金 属孔板（4)、以及固定在金属孔板⑷上方的负极金属电流引出杆（3);金属多孔材料（5) 的底部浸入在电解质（6)内，方形电池壳体（1)的侧壁上开设有孔，孔上设有密封绝缘陶瓷 件（2)，负极金属电流引出杆（3)的自由端伸出孔外，并由密封绝缘陶瓷件⑵将其紧固在 方形电池壳体（1)的侧壁上，且负极金属电流引本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液态金属电池，其特征在于：包括金属材质的方形电池壳体(1)，方形电池壳体(1)内从下到上依次设置有正极材料(7)、电解质(6)和电流收集器；其中电流收集器包括吸附有负极材料的金属多孔材料(5)、固定在金属多孔材料(5)上方的带有若干通孔的金属孔板(4)、以及固定在金属孔板(4)上方的负极金属电流引出杆(3)；金属多孔材料(5)的底部浸入在电解质(6)内，方形电池壳体(1)的侧壁上开设有孔，孔上设有密封绝缘陶瓷件(2)，负极金属电流引出杆(3)的自由端伸出孔外，并由密封绝缘陶瓷件(2)将其紧固在方形电池壳体(1)的侧壁上，且负极金属电流引出杆(3)的自由端和方形电池壳体(1)的侧壁通过密封绝缘陶瓷件(2)密封并互相绝缘；方形电池壳体(1)的侧壁上还设有正极电流引出端(8)，正极电流引出端(8)与负极金属电流引出杆(3)自由端的尺寸相同，并且两者位于方形电池壳体(1)的不同侧壁的同一高度上，正极电流引出端(8)和负极金属电流引出杆(3)的自由端分别为液态金属电池的正极和负极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宁晓辉，代涛，单智伟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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