一种电池及电池系统技术方案

本发明专利技术的主要目的在于提供一种电池及电池系统，以提供一种无隔膜、构造简单的低成本储能方案。我们的方案中，电池在重力作用下自动分为有机溶剂‑水性电解液‑锌负极三层，无需隔膜分隔正负极，有机溶剂中溶有大量氧气，是正极的氧化还原活性物质；锌负极主要成分为锌，是负极的氧化还原活性物质；充放电后，有机溶剂与水性电解液从电池流出，经过第二液流管道流入液体空气储罐进行存储，在有需要的时候通过第一液流管道流入电池进行充放电。电池中正极集流体可以旋转加快液体对流效果，加快充放电速率。这样的设计使电池的容量与功率解耦合，液体空气储罐的大小决定电池容量，电池的大小决定电流密度、功率。而且，电池系统无隔膜有利于降低电池成本。

【技术实现步骤摘要】
一种电池及电池系统
本专利技术涉及电池
，尤其是涉及一种电池及电池系统。
技术介绍
随着能源危机、环境污染日益凸显，太阳能、风能等新能源发电能有效缓解能源消耗。但是风光发电具有随机性、波动性、间歇性的天然特点，产生的电能无法直接大规模输入电网。储能技术可以灵活存储太阳能、风能发出的电能，缓冲电力波动，保证电网平稳运行。储能技术中，液流电池因为功率与容量可以解耦合，特别适用于大规模储能，成为了世界各国的重点发展对象。但是，当前液流电池因为选择性离子交换膜昂贵与电池构造复杂导致成本较高，无法满足电网储能应用的需求。鉴于现有技术的以上缺陷和改进需求，需要开发一种新型的电池及电池系统。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种电池及电池系统，以提供一种无隔膜、构造简单的低成本储能方案。我们的方案中，电池在重力作用下自动分为有机溶剂-水性电解液-锌负极三层，无需隔膜分隔正负极，有机溶剂中溶有大量氧气，是正极的氧化还原活性物质；锌负极主要成分为锌，是负极的氧化还原活性物质；充放电后，有机溶剂与水性电解液从电池流出，经过第二液流管道流入液体空气储罐进行存储，在有需要的时候通过第一液流管道流入电池进行充放电。电池中正极集流体可以旋转加快液体对流效果，加快充放电速率。这样的设计使电池的容量与功率解耦合，液体空气储罐的大小决定电池容量，电池的大小决定电流密度、功率。而且，电池系统无隔膜有利于降低电池成本。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种电池，其特征在于，具有一个容器，容器内包含氧气、正极集流体、有机溶剂、锌负极、水性电解液；其中所述有机溶剂与水性电解液不混溶且密度不同；所述氧气溶解在有机溶剂中，所述正极集流体浸润在有机溶剂中，所述锌负极的主要成分为锌，浸润在水性电解液中，且与有机溶剂不接触；所述水性电解液为含有锌盐的水溶液；电池充电时，所述正极集流体和锌负极通过外电路与电源连接；电池放电时，所述正极集流体和锌负极通过外电路与用电器连接。进一步的，所述正极集流体由多孔的导电碳材料或金属材料中的一种或多种构成，浸润在有机溶剂中，正极集流体表面载有催化剂，如铂，碳基催化剂中的一种或多种。进一步的，所述有机溶剂有多种选择类别；可以是含氟试剂或醚类溶剂中的一种或多种，如全氟萘烷（C10F18）,1H,1H,5H-octafluoropentyl1,1,2,2-tetrafluoroethylether(OTE)；四氢呋喃（分子式为（CH2）4O），1,4-二氧六环（分子为C4H8O2），四乙二醇二甲醚（分子式为CH3O（CH2CH2O）4CH3）。进一步的，所述有机溶剂中含有有机离子化合物，如双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI，分子式为(CF3SO2)2NLi），琥珀酸二异辛酯磺酸钠（AOT，分子式为（COOC8H17）CH2CH（COOC8H17）SO3Na），四丁基铵双三氟甲磺酰亚胺（TBATFSI，分子式为(CF3SO2)2N2C16H36）中的一种或多种。进一步的，提供一种电池系统，包括电池、液体空气储罐、第一液流管道、第二液流管道，其特征在于，电池设置一个电池入口单元与一个电池出口单元，所述液体空气储罐包含空气、有机溶剂、水性电解液、储罐入口单元、储罐出口单元、空气阀与加料漏斗，当所述空气阀打开时，储罐与外部空气相连通；所述加料漏斗设置在液体空气储罐壁上，所述加料安装一个连通阀，连接液体空气储罐内部有机溶剂，所述加料漏斗内含有有机离子化合物或者锌盐的一种或者多种。第一液流管道，与所述电池出口单元以及所述储罐入口单元相连通；第二液流管道，与所述电池入口单元以及所述储罐出口单元相连通。进一步的，所述第一液流管道上设置第一液体泵，所述第二液流管道上设置第二液体泵。进一步的，所述储罐出口单元包括第一三通阀、第一流量计、第二流量计、电池有机溶剂管道、电池水性电解液管道，所述第一三通阀控制有机溶剂与水性电解液从储罐出口单元流出，所述第一流量计控制有机溶剂流量，所述第二流量计控制水性电解液流量。进一步的，所述电池出口单元包括第二三通阀、第三流量计、第四流量计、电池有机溶剂管道、电池水性电解液管道，所述第二三通阀控制有机溶剂与水性电解液从电池出口单元流出，所述第三流量计控制有机溶剂流量，所述第二流量计控制水性电解液流量。进一步的，所述电池上设置一个电机，电机的转动轴与正极集流体固定连接。应用本专利技术的技术方案提供的电池系统，该电池系统利用自分层效果，不含隔膜，正极集流体、有机溶剂与锌负极不接触，从而解决了自放电容量衰减问题和高成本问题。水性电解液中的水分是一种阻燃剂，可以提高电池系统的安全性。电机带动正极集流体旋转可以加快电池内部离子运动，加快充放电反应。附图说明图1为本专利技术实施例1中锌空气自分层电池的截面图；图2为本专利技术实施例2、3、4中锌空气自分层电池系统的截面图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1、锌空气自分层电池；2、液体空气储罐；3、第一液流管道；4、第二液流管道；5第一三通阀；6、第二三通阀；7、电池出口单元；8、电池入口单元；9、储罐出口单元；10、储罐入口单元；11、第一液体泵；12、第二液体泵；13、加料装置；14、空气阀；15、第一流量计；16、第二流量计；17、第三流量计；18、第四流量计；19、正极集流体；20、锌负极；21、电池有机溶剂管道；22、电池水性电解液管道；23、储罐有机溶剂管道；24、储罐水性电解液管道；25、水性电解液；26、有机溶剂。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例1本实施例对应一种锌空气自分层电池，如说明书附图1所示，电池容器为一个密封聚丙烯罐子。电池底部设置一个石墨毡制作的圆盘，作为电池的正极集流体。碳毡表面载有铂的金属纳米颗粒。电池上部设置一块锌板作为负极。电池内有有机溶剂全氟萘烷，溶有有机离子化合物LiTFSI盐，水性电解液为四羟基合锌酸钾（K2Zn(OH)4）水溶液。全氟萘烷不溶于水，会沉在水性电解液以下形成独立的一相。电池充电时，所述正极集流体和锌负极通过外电路与电源连接；电池放电时，所述正极集流体和锌负极通过外电路与用电器连接。本实施例的实施原理为：电池在放电时，正极集流体表面的有机溶剂中溶解的氧气在正极集流体表面的铂金属颗粒催化剂的作用下，转化成氢氧根离子溶解在有机溶剂中，锌负极的锌转化成锌离子溶解在水性电解液中。电池在充电时，有机溶剂中的氢氧根离子在正极集流体表面，经过铂金属颗粒的催化作用转化成氧气溶解在有机溶剂中水性电解液中的锌离子转化成锌金属沉积在锌负极表面。电池可以重复的充放电，实现电能的存储与释放。...

【技术保护点】
1.一种电池，其特征在于，具有一个容器，容器内包含氧气、正极集流体、有机溶剂、锌负极、水性电解液；其中所述有机溶剂与水性电解液不混溶且密度不同；所述氧气溶解在有机溶剂中，所述正极集流体浸润在有机溶剂中，所述锌负极的主要成分为锌，浸润在水性电解液中，且与有机溶剂不接触；所述水性电解液为含有锌盐的水溶液；电池充电时，所述正极集流体和锌负极通过外电路与电源连接；电池放电时，所述正极集流体和锌负极通过外电路与用电器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池，其特征在于，具有一个容器，容器内包含氧气、正极集流体、有机溶剂、锌负极、水性电解液；其中所述有机溶剂与水性电解液不混溶且密度不同；所述氧气溶解在有机溶剂中，所述正极集流体浸润在有机溶剂中，所述锌负极的主要成分为锌，浸润在水性电解液中，且与有机溶剂不接触；所述水性电解液为含有锌盐的水溶液；电池充电时，所述正极集流体和锌负极通过外电路与电源连接；电池放电时，所述正极集流体和锌负极通过外电路与用电器连接。


2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正极集流体由多孔的导电碳材料或金属材料中的一种或多种构成，浸润在有机溶剂中，正极集流体表面载有催化剂，如铂，碳基催化剂中的一种或多种。


3.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述有机溶剂有多种选择类别；可以是含氟试剂或醚类溶剂中的一种或多种，如全氟萘烷（C10F18）,1H,1H,5H-octafluoropentyl1,1,2,2-tetrafluoroethylether(OTE)；四氢呋喃（分子式为（CH2）4O），1,4-二氧六环（分子为C4H8O2），四乙二醇二甲醚（分子式为CH3O（CH2CH2O）4CH3）。


4.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述有机溶剂中含有有机离子化合物，如双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI，分子式为(CF3SO2)2NLi），琥珀酸二异辛酯磺酸钠（AOT，分子式为（COOC8H17）CH2CH（COOC8H17）SO3Na），四丁基铵双三氟甲磺酰亚胺（TBATFSI，分子式为(CF3SO2)2N2C16H36）中的一种或多种。

【专利技术属性】
技术研发人员：孟锦涛，
申请(专利权)人：孟锦涛，
类型：发明
国别省市：浙江;33