一种锌镍液流储能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锌镍液流储能电池，包括具有中空腔体的外壳、设于中空腔体中的电堆、设于中空腔体中的用于浸没电堆的电解液、设于中空腔体中的用于推动电解液在电堆中循环流动的溶液推动组件、设于所述外壳外侧的用于驱动所述溶液推动组件的驱动机构；电堆由作为正极的镍电极和作为负极的惰性集流体依次交替组成，正极和负极之间由作为流道的格栅分隔；电解液为含有可溶性锌盐的碱性水溶液，电解液中含有镓元素。本发明专利技术一种锌镍液流储能电池，通过在电解液中加入镓元素，能够抑制负极锌在沉积及溶解过程中的自腐蚀，提高电池整体荷电保持能力。

【技术实现步骤摘要】
一种锌镍液流储能电池
本专利技术涉及一种锌镍液流储能电池，属于化学电源

技术介绍
随着化石能源的逐步枯竭，人们对风能、水能、太阳能等可再生能源发电的开发和利用将越来越广泛。为保证太阳能、水能、风能等可再生能源发电系统的稳定供电，就必须开发高效、廉价、污染少和安全可靠的储能技术，电网的调峰填谷、平衡负荷等也迫切需要开发大规模储能技术。大规模储能技术包括储热、抽水蓄能等物理储能，也包括化学蓄电池储能。纵观各种不同类型的化学蓄电池储能技术，液流电池以其独特的优势而成为最适宜大规模储能的蓄电池之一。锌镍液流储能电池属于沉积型液流电池，是一种新型的价格低廉、效率优良、安全环保型的液流储能电池，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电的储能、电动汽车等领域。锌镍液流储能电池的正极是固体氧化镍电极，负极是在惰性集流体上沉积/溶解型锌电极，电解液是流动的锌酸盐碱性溶液，电池中不使用离子交换膜，通过电池外部循环泵带动电池腔内电解液的定向流动；充电时，固体氧化镍电极中的氢氧化镍(Ni(OH)2)氧化成羟基氧化镍(NiOOH)，溶液中的锌酸根离子在负极上沉积成金属锌；放电时羟基氧化镍还原为氢氧化镍，同时负极金属锌溶解为锌酸根离子。锌镍液流储能电池中，溶液中锌离子浓度决定了电池体系的储能量和能量密度；负极沉积的锌容易发生自腐蚀析氢，导致负极自放电快，电池整体荷电保持能力较差。因此，锌镍液流储能电池需要优化的电解液，提高电池整体荷电保持能力，兼顾电池的能量密度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锌镍液流储能电池，通过优化的电解液，能够抑制负极锌在沉积及溶解过程中的自腐蚀，提高电池整体荷电保持能力，兼有较高的电池能量密度。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种锌镍液流储能电池，包括具有中空腔体的外壳、设于所述中空腔体中的电堆、设于所述中空腔体中的用于浸没所述电堆的电解液、设于所述中空腔体中的用于推动所述电解液在所述中空腔体中循环流动的溶液推动组件、设于所述外壳外侧的用于驱动所述溶液推动组件的驱动机构；所述电堆由作为正极的镍电极和作为负极的惰性集流体依次交替组成；所述电解液为含有可溶性锌盐的碱性水溶液，所述电解液中含有镓元素。优选地，在所述电解液中，镓元素的浓度为0.005-0.5mol/L；锌元素的浓度为0.6-1.3mol/L；碱的浓度为6.5-13.5mol/L。更优选地，在所述电解液中，镓元素的浓度为0.05-0.3mol/L；锌元素的浓度为0.7-1.2mol/L。更优选地，在所述电解液中，还含有锡元素，锡元素的浓度为0.005-0.2mol/L。更进一步优选地，锡元素的浓度为0.05-0.15mol/L。更进一步优选地，在所述电解液中，还含有铅元素，铅元素的浓度为0.0001-0.0005mol/L。优选地，所述正极的活性物质包括氧化镍、氢氧化亚镍、羟基氧化镍中的一种或一种以上。优选地，所述电解液中，所述碱性水溶液由氢氧化钡、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或一种以上组成。优选地，所述惰性集流体为钢带或镀锡钢带或冲孔镀镍钢带或冲孔镀镍再镀锡钢带或镍箔或镀锡镍箔。优选地，所述锌镍液流电池还包括穿设于所述外壳上的与所述正极电连接的正极极柱、穿设于所述外壳上的与所述负极电连接的负极极柱。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术一种锌镍液流储能电池，通过在电解液中加入镓元素，能够抑制负极锌在沉积及溶解过程中的自腐蚀，提高电池整体荷电保持能力。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。上述一种锌镍液流储能电池，包括具有中空腔体的外壳、设于中空腔体中的电堆、设于中空腔体中的用于浸没电堆的电解液、设于中空腔体中的用于推动电解液在电堆中循环流动的溶液推动组件、设于所述外壳外侧的用于驱动所述溶液推动组件的驱动机构。溶液推动组件用于推动电解液在正极和负极之间定向循环流动，以保证电解液的密度和浓度均匀性，从而保证正极和负极在充放电时的反应均匀性。在本实施例中，驱动机构为设于外壳顶部的电动机、溶液推动组件为搅拌桨(驱动机构也可以是离心泵、溶液推动组件为涡轮)。电堆由作为正极的氧化镍电极和作为负极的惰性集流体依次交替组成，正极和负极之间由作为流道的格栅分隔。正极的活性物质主要包括氧化镍(NiO)、氢氧化镍(Ni(OH)2)、羟基氧化镍(NiOOH)中的一种或一种以上。惰性集流体为钢带或镀锡钢带或冲孔镀镍钢带或冲孔镀镍再镀锡钢带或镍箔或镀锡镍箔。锌镍液流储能电池还包括穿设于外壳上的与正极电连接的正极极柱、穿设于外壳上的与负极电连接的负极极柱。锌镍液流储能电池的电解液为含有可溶性锌盐的碱性水溶液，电解液中含有镓元素。在本实施例中，镓元素以氢氧化镓的形式存在于电解液中。在本实施例中，电解液中还可以含有锡元素和铅元素；锡元素以锡酸钾形式存在于电解液中；铅元素以氧化铅的形式存在于电解液中。其中，镓元素的浓度为0.05-0.3mol/L；锡元素的浓度为0.05-0.15mol/L；铅的浓度为0.0001-0.0005mol/L；锌元素的浓度为0.7-1.2mol/L。碱的浓度为6.5-13.5mol/L。碱性水溶液由氢氧化钡溶液(Ba(OH)2)、氢氧化钠溶液(NaOH)、氢氧化钾溶液(KOH)、氢氧化锂溶液(LiOH)中的一种或一种以上组成。在本实施例中，碱性水溶液包括氢氧化钾溶液和氢氧化锂溶液。其中，氢氧化钾的浓度为8.0-11.5mol/L，氢氧化锂的浓度为0.2-0.4mol/L。参见表1，为基础电解液(11.3mol/LKOH+0.2mol/LLiOH+1.0mol/LZnO)与在基础电解液中添加不同浓度氢氧化镓后的锌镍液流电池荷电能力测试结果。表1：基础电解液中添加不同浓度氢氧化镓后锌镍液流储能电池荷电能力表1中，B代表基础电解液(11.3mol/LKOH+0.2mol/LLiOH+1.0mol/LZnO)。测试方法为10mA/cm2充足电并静置不同时间后再10mA/cm2放电(静置期间电解液仍持续流动)，以放电量除以充电量(库伦效率，％)；通常不静置时放电库伦效率在95％以上。表1中可见，随着加入的氢氧化镓浓度的增加，静止12h后的放电容量逐渐增加。加入氢氧化镓0.3mol/L后充足电并静置12h后的库伦效率仍有80.7％；而基础电解液(11.3mol/LKOH+0.2mol/LLiOH+1.0mol/LZnO)充足电并静置12h后的库伦效率则只有62.0％，相比而言，电解液中加入镓元素后，库伦效率有着显著的提升，即提高了锌镍液流电池的整体荷电保持能力。参见表2，为基础电解液(11.3mol/LKOH+0.2mol/LLiOH+1.0mol/LZnO)与在基础电解液中添加不同浓度锡酸钾后的锌镍液流电池荷电能力测试结果。表2：基础电解液中添加不同浓度锡酸钾后的锌镍液流储能电池荷电能力表2中，B代表基础电解液(11.3mol/LKOH+0.2mol/LLiOH+1.0mol/LZnO)。测试方法为10mA/cm2充足电并静置不同时间后再10mA/cm2放电(静置期间电解液仍持续流动)，以放电量除以充电量(库伦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锌镍液流储能电池，其特征在于：包括具有中空腔体的外壳、设于所述中空腔体中的电堆、设于所述中空腔体中的用于浸没所述电堆的电解液、设于所述中空腔体中的用于推动所述电解液在所述中空腔体中循环流动的溶液推动组件、设于所述外壳外侧的用于驱动所述溶液推动组件的驱动机构；所述电堆由作为正极的镍电极和作为负极的惰性集流体依次交替组成；所述电解液为含有可溶性锌盐的碱性水溶液，所述电解液中含有镓元素。

【技术特征摘要】
1.一种锌镍液流储能电池，其特征在于：包括具有中空腔体的外壳、设于所述中空腔体中的电堆、设于所述中空腔体中的用于浸没所述电堆的电解液、设于所述中空腔体中的用于推动所述电解液在所述中空腔体中循环流动的溶液推动组件、设于所述外壳外侧的用于驱动所述溶液推动组件的驱动机构；所述电堆由作为正极的镍电极和作为负极的惰性集流体依次交替组成；所述电解液为含有可溶性锌盐的碱性水溶液，所述电解液中含有镓元素。2.根据权利要求1所述的一种锌镍液流储能电池，其特征在于：在所述电解液中，镓元素的浓度为0.005-0.5mol/L；锌元素的浓度为0.6-1.3mol/L；碱的浓度为6.5-13.5mol/L。3.根据权利要求2所述的一种锌镍液流储能电池，其特征在于：在所述电解液中，镓元素的浓度为0.05-0.3mol/L；锌元素的浓度为0.7-1.2mol/L。4.根据权利要求2所述的一种锌镍液流储能电池，其特征在于：在所述电解液中，还含有锡元素，锡元素的浓度为0.005...

【专利技术属性】
技术研发人员：程杰，申亚举，杨裕生，陈勇，
申请(专利权)人：浙江裕源储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33