一种高能量的水系锂离子型流体电容器结构制造技术

本实用新型专利技术提供了一种高能量的水系锂离子型流体电容器结构，其包括未放电正极储存罐、放电后正极储存罐、反应室、未放电负极储存罐、放电后负极储存罐以及浆料输送装置；所述未放电正极储存罐和放电后正极储存罐内存储有正极浆料；所述未放电负极储存罐和放电后负极储存罐内存储有负极浆料；所述负极浆料和正极浆料由不同原料制成。本实用新型专利技术通过采用了锂离子电池材料作为浆料的原料，使得水系流体电容器的比容量得到显著提升；尤为重要的是，本实用新型专利技术通过采用非对称的流体电极构型，即不同的正、负极浆料，使器件的工作电压可达1.8V，使得该水系流体电容器比能量大大高于现有的水系流体电容器。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量的水系锂离子型流体电容器结构
本技术涉及电化学电池
，尤其是涉及一种高能量的水系锂离子型流体电容器结构。
技术介绍
近年来，随着太阳能、风能等清洁能源的装机容量的迅速增长，适用于大规模储能的技术和器件的研发变得日益重要。电化学电池因其较高的能量密度且对地理条件没有特殊要求而受到广泛关注。其中，液流电池是该类电池的重要代表。在世界范围内，已经有多个国家建成储能达几兆瓦到几十兆瓦的液流电池储电站，并逐步步入商业化(Soloveichik2015)。如图1所示，传统的液流电池采用具有氧化/还原能力的液体(例如全矾电解液)作为储能物质，这些液体分别贮存于外置的大型储存罐中。在电池运行中，阳极和阴极储存罐中液体分别被泵入到工作室进行氧化或还原的反应，实现电池的充或放电过程，从而达到储能的目的。液流电池结构十分简单。更重要的是，该种电池的总容量取决于外置储存罐体积的大小，而功率则取决于工作室内工作电极的面积大小以及电解液活性物质的特性。由于其储能室和工作室是分离的，就使得液流电池的总容量和功率可以独立调节，在应用中具有极大的灵活性和适应性。但是，传统液流电池的充电较为缓慢(数小时)且使用寿命有限(通常小于20,000循环)限制了它在电网调峰等需要快速响应的场合的应用(Presser,Dennisonetal.2012)。另一方面，超级电容器具有极其快速的充放电能力和超长寿命，特别适用于需要快速充放电的场合。因此，有研究者提出将超级电容器与传统液流电池结合起来，即将超级电容器的如活性炭等材料和电解液混合制做成可流动的浆料，并结合液流电池的简单构型得到新型半固态流体电容器(Hatzell,Bootaetal.2015)。第一代流体电容器采用介孔碳球和安全、低成本的水系电解液制作浆料，以此得到的流体电容器显示出很高的功率密度，但能量密度却受限于介孔碳球的较低的比电容(～90F/g)以及水系电解液较低的工作电压(～0.6V)(Presser,Dennisonetal.2012)。此后，研究者们不断尝试使用新的方法来增加水系流体电容器能量密度。例如，在水系电解液中添加可溶性的氧化/还原物质(如可溶性的有机分子)(Boota,Hatzelletal.2015)来增加电容量或者采用非对称电极来提升水系电解液的工作电压(Huang,Zhangetal.2014)。通过这些方法，流体电容器的能量密度提升了约1.5-3倍。例如，在功率密度为～50-100W/kg条件下，能量密度可达11-14Wh/kg，但该能量密度仍然不能很好满足应用的需要。因此，如何设计并制备出具有更高能量密度的流体电容器就成为一个重要问题，而其能量密度主要取决于正负极浆料的所用材料的特性。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种高能量的水系锂离子型流体电容器结构，以解决现有技术中存在的流体电容器能量密度低的技术问题。与已有水系流体电容器比较，本技术的流体电容器浆料具有更高的能量密度，同时保持了较高的功率密度和循环寿命。为解决上述技术问题，本技术提供的一种高能量的水系锂离子型流体电容器结构，其包括未放电正极储存罐、放电后正极储存罐、反应室、未放电负极储存罐、放电后负极储存罐以及浆料输送装置，反应室包括正极室和负极室；所述未放电正极储存罐经过管路及所述正极室与所述放电后正极储存罐连通；所述未放电负极储存罐经过管路及所述负极室与所述放电后负极储存罐连通；所述未放电正极储存罐和放电后正极储存罐内存储有正极浆料；所述未放电负极储存罐和放电后负极储存罐内存储有负极浆料；浆料输送装置包括正极浆料输送装置和负极浆料输送装置，所述正极浆料输送装置用于未放电正极储存罐与放电后正极储存罐之间的正极浆料的输送；所述负极浆料输送装置用于未放电负极储存罐与放电后负极储存罐之间的负极浆料的输送；输送过程中，正极浆料和负极浆料同步分别通过正极室和负极室；所述负极浆料和正极浆料由不同原料制成。进一步地，所述正极浆料由锂离子电池材料、导电剂和锂盐水溶液配制而成；所述负极浆料由多孔碳材料、导电剂和锂盐水溶液配制而成。本技术通过采用了锂离子电池材料作为浆料的原料，使得流体电容器的比容量得到显著提升；尤为重要的是，本技术通过采用非对称的流体电极构型，即不同的正、负极浆料，使器件的工作电压可达1.8V，使得该水系流体电容器比能量大大高于现有的水系流体电容器。进一步地，所述锂离子电池材料为尖晶石锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂和三元锂电材料中的一种或者几种的混合。进一步地，所述三元锂电材料包括镍钴锰三元锂电材料或者镍钴铝三元锂电材料。进一步地，所述导电剂为科琴黑、乙炔黑、炭黑、碳纳米管、石墨烯和还原氧化石墨烯中的一种或几种的混合。进一步地，所述锂盐为硫酸锂、硝酸锂、氯化锂中的一种或几种的组合物。进一步地，所述多孔碳材料为活性炭、介孔碳球或颗粒中的一种或几种的混合材料。进一步地，所述锂离子电池材料在所述正极浆料中所占质量百分数为1～80％。进一步地，所述多孔碳材料在所述负极浆料中所占质量百分数为1～80％。进一步地，所述导电剂在正极浆料或者负极浆料中所占质量百分数为0.1～30％。进一步地，所述锂盐水溶液浓度为0.2-3mol/L。进一步地，所述正极室和负极室左右对称设置，两者之间设置有隔膜。进一步地，所述正极室包括从左至右依次设置的外层保护板、导电集流体和带凹槽绝缘片；所述负极室包括从左至右依次设置的带凹槽绝缘片、导电集流体和外层保护板。进一步地，所述隔膜为聚丙烯隔膜、纤维素隔膜或陶瓷隔膜。更为优选地，所述隔膜为聚丙烯celgard3500隔膜。进一步地，所述导电集流体由不锈钢等金属板、石墨板、碳纳米管纸等碳基材料制成。进一步地，所述带凹槽绝缘薄片为聚四氟乙烯、聚乙烯或橡胶薄片。进一步地，所述带凹槽绝缘薄片的厚度为0.2-10mm。进一步地，所述浆料输送装置为推进器或蠕动泵。另外，本技术还公开了一种采用上述流体电容器进行储能的储能系统。储能系统的中为该流体电容器充电的电源系统以及使用时放电的负载系统可以采用现有技术，在此就不再赘述。采用上述技术方案，本技术具有如下有益效果：1、采用了锂离子电池材料作为浆料的原料，使得正极浆料的比容量得到显著提升；2、采用了非对称的流体电极构型，使器件的工作电压可达1.8V；3、采用该种正、负极浆料的锂离子型流体电容器的能量密度远高于现有的水系流体电容器。例如，在功率密度约为50W/kg条件下，能量密度达到23.4Wh/kg，约是已报道的水系流体电容器最高能量密度的两倍。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中的液流电池的结构示意图；图2为本技术实施例2提供的一种高能量的水系锂离子型流体电容器结构的结构示意图；图3为本技术实施例2提供的流体电容器中反应室的结构示意图；图4为本技术实施例2提供的流体电容器中反应室分解示意图；图5为本技术实施例3中L10K4正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高能量的水系锂离子型流体电容器结构，其特征在于，其包括未放电正极储存罐、放电后正极储存罐、反应室、未放电负极储存罐、放电后负极储存罐以及浆料输送装置，反应室包括正极室和负极室；所述未放电正极储存罐经过管路及所述正极室与所述放电后正极储存罐连通；所述未放电负极储存罐经过管路及所述负极室与所述放电后负极储存罐连通；所述未放电正极储存罐和放电后正极储存罐内存储有正极浆料；所述未放电负极储存罐和放电后负极储存罐内存储有负极浆料；浆料输送装置包括正极浆料输送装置和负极浆料输送装置，所述正极浆料输送装置用于未放电正极储存罐与放电后正极储存罐之间的正极浆料的输送；所述负极浆料输送装置用于未放电负极储存罐与放电后负极储存罐之间的负极浆料的输送；输送过程中，正极浆料和负极浆料同步分别通过正极室和负极室；所述负极浆料和正极浆料由不同原料制成。

【技术特征摘要】
1.一种高能量的水系锂离子型流体电容器结构，其特征在于，其包括未放电正极储存罐、放电后正极储存罐、反应室、未放电负极储存罐、放电后负极储存罐以及浆料输送装置，反应室包括正极室和负极室；所述未放电正极储存罐经过管路及所述正极室与所述放电后正极储存罐连通；所述未放电负极储存罐经过管路及所述负极室与所述放电后负极储存罐连通；所述未放电正极储存罐和放电后正极储存罐内存储有正极浆料；所述未放电负极储存罐和放电后负极储存罐内存储有负极浆料；浆料输送装置包括正极浆料输送装置和负极浆料输送装置，所述正极浆料输送装置用于未放电正极储存罐与放电后正极储存罐之间的正极浆料的输送；所述负极浆料输送装置用于未放电负极储存罐与放电后负极储存罐之间的负极浆料的输送；输送过程中，正极浆料和负极浆料同步分别通过正极室和负极室；所述负极浆料和正极浆料由不同原料制成。2.根据权利要求1所述的高能量的水系锂离子型流体电容器结构，其特征在于，所述正极室和负极室左右对称设置，两者之间设置有隔膜。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊，郝会颖，邢杰，董敬敬，张自力，郑志远，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11