一种工业化应用的液态金属电池及其应用方法技术

本发明专利技术公开一种工业化应用的液态金属电池及其应用方法，该电池结构包括设有耐蚀内衬的壳体，位于壳体内底部的耐蚀内衬上方设置有下电池阳极石墨块、下电池阳极母液层、下电池液态电解质层和下电池金属锂、隔离石墨板，隔离石墨板上方依次设置有上电池阳极母液层、上电池液态电解质层和上电池金属锂、上电池阴极石墨块；位于一端的下电池阳极钢棒和上电池阴极钢棒分别电连接有电源，另一端的下电池阳极钢棒和上电池阴极钢棒分别电连接DC/AC逆变器、升压器和负载。本发明专利技术上述工业化应用的液态金属电池结合其应用方法，可以耐高温腐蚀、密封严密并且具有良好保温，不需要外部加热，储能效率高。储能效率高。储能效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种工业化应用的液态金属电池及其应用方法


[0001]本专利技术涉及液态金属电池
，特别是涉及一种工业化应用的液态金属电池及其应用方法。

技术介绍

[0002]液态金属电池是近年来新兴发展的一类新型电化学储能技术，在大规模储能领域具有宽广应用前景。液态金属电池概念模型的提出最早可以追溯于美国铝业公司在20世纪初期提出的三层液态Hoopes铝电解槽，Hoopes专利技术的新型电解精炼法，由于其电解槽内有三层液体而得名，三层液态分别为上层是由精炼得到的低密度高纯度液态铝阴极，下层为高密度铜铝合金正极，中间层为熔融盐电解质。在20世纪六七十代，关于“热再生双金属电池”等类似方向的研究课题被美国通用汽车公司、美国阿贡国家实验室等反复讨论和研究，美国通用汽车公司首先提出了Na
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Sn双金属电池，该电池在700℃工作温度下，连续充放电超过30天，电池密度最高可达到0.7A/cm2，电池效率超出了95％，电压保持在0.35
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0.45V。
[0003]2006年，美国麻省理工学院(MIT)的Sadoway教授及其团队首次提出液态金属电池，Sadoway教授在冶金工业高温制备金属铝的基础上，提出了高温液态金属电池的概念。高温液态金属电池的特点与钠硫电池相接近，都具备较高的能量效率，电池寿命长，最高可达十年以上，而且电池结构十分简单，成本低，库伦效率高，电池稳定。该类型电池在Sadoway教授提出后，吸引了全球储能研究的目光。然而，液态金属电池在概念提出后长时间内没有大规模生产以及应用，主要是因为液态金属电池温度过高，目前主流的液态金属电池工作温度大多都在400℃左右，会使电池安全性问题存在严重隐患。Sadoway教授及其团队先后研究了Na
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Bi体系、Ca基、Mg基、Li基等电池体系，其中Li
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Bi体系表现出优异的库伦效率和放电性能。
[0004]液态金属电池由三层液态物质构成，各活性组分由于互不相溶且密度不等的缘故自动地分为三层，分别是处于最上层的低密度的负极A，处于最下层的高密度的正极B以及处于中间层分隔正负极起隔膜作用的熔融无机盐电解质。在放电过程中，负极金属材料发生氧化反应，以离子形态通过中间层熔融无机盐电解液后迁移至正极，负极金属离子在正极上发生还原反应，形成合金，并使负极液层厚度减小，正极液层厚度增加。而在液态金属电进行充电时所发生的反应进程与上述进程正好是相反的。
[0005]电池具体电化学反应电极和总反应公式如下：
[0006]负极电极反应：A
‑
ne
‑
→
A
n+
[0007]正极电极反应：A
n+
+ne
‑
+B
→
AB
[0008]总反应过程：A+B
→
AB
[0009]现有的液态金属电池工作温度高，而且都采用竖直电极直接插入液态金属方式，采用密封圈方式密封，因此，电极腐蚀严重，并且密封圈不耐高温腐蚀，经常发生开圈现象，电极寿命短，严重影响电池正常工作，由于保温不好，电池组要密封在保温箱中，并且还要外部加热，影响了液态金属电池的工业推广应用。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种工业化应用的液态金属电池及其应用方法，以解决上述现有技术存在的问题，耐高温腐蚀、密封严密并且具有良好保温，不需要外部加热，储能效率高。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0012]本专利技术提供一种工业化应用的液态金属电池，包括壳体，所述壳体内壁固定连接有耐蚀内衬，位于所述壳体内底部的耐蚀内衬上方铺设有多个下电池阳极石墨块，所述下电池阳极石墨块两端分别插设有下电池阳极钢棒；所述下电池阳极石墨块上方依次设置有下电池阳极母液层、下电池液态电解质层和下电池金属锂，所述下电池金属锂上方固定设置有隔离石墨板，所述隔离石墨板上方依次设置有上电池阳极母液层、上电池液态电解质层和上电池金属锂，所述上电池金属锂上方均匀铺设有多个上电池阴极石墨块，所述上电池阴极石墨块两端分别插设有上电池阴极钢棒；所述上电池阴极石墨块顶部依次设置有上部防渗料层和上电池氧化铝纤维保温板；位于所述下电池阳极石墨块和上电池阴极石墨块一端的所述下电池阳极钢棒和上电池阴极钢棒分别电连接有电源，位于所述下电池阳极石墨块和上电池阴极石墨块另一端的所述下电池阳极钢棒和上电池阴极钢棒分别电连接DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器通过升压器连接有负载。
[0013]可选的，所述耐蚀内衬包括与所述壳体内壁固定连接的氧化铝纤维板，所述氧化铝纤维板内侧依次设置有黏土保温砖、侧部防渗料层和氧化镁砖内衬，所述下电池阳极石墨块固定铺设于位于所述壳体内底部的氧化镁砖内衬上。
[0014]可选的，所述壳体内部两侧分别设置有下电池下料口隔离墙和上电池下料口隔离墙；所述下电池下料口隔离墙底部与所述下电池阳极母液层上端面接触，所述下电池下料口隔离墙顶部与所述上电池氧化铝纤维保温板一端固定连接，所述下电池下料口隔离墙一侧与其相邻近的所述氧化镁砖内衬之间形成下电池下料口，所述下电池下料口顶部固定设置有下电池下料口盖；所述上电池下料口隔离墙底部与所述上电池阳极母液层上端面接触，所述上电池下料口隔离墙顶部与所述上电池氧化铝纤维保温板另一端固定连接，所述上电池下料口隔离墙一侧与其相邻近的所述氧化镁砖内衬之间形成上电池下料口，所述上电池下料口顶部固定设置有上电池下料口盖。
[0015]可选的，上电池阴极钢棒依次贯穿壳体、保温层和电解槽内衬，插装在上电池阴极石墨块内，下电池阳极钢棒依次贯穿壳体、保温层和电解槽内衬，插装在下电池阳极石墨块内，下电池阳极钢棒和上电池阴极钢棒外端部分别固定设置有钢铝爆炸块；位于所述下电池阳极石墨块一端的所述下电池阳极钢棒分别通过钢铝爆炸块一一对应连接有铝软带，铝软带通过一根铝母线与所述电源的阳极连接，位于所述下电池阳极石墨块另一端的所述下电池阳极钢棒分别通过钢铝爆炸块一一对应连接有铝软带，铝软带通过另一根铝母线与所述DC/AC逆变器的阳极接口连接；位于所述上电池阴极石墨块一端的所述上电池阴极钢棒分别通过钢铝爆炸块一一对应连接有铝软带，铝软带通过一根铝母线与所述电源的阴极连接，位于所述上电池阴极石墨块另一端的所述上电池阴极钢棒分别通过钢铝爆炸块一一对应连接有铝软带，铝软带通过另一根铝母线与所述DC/AC逆变器的阴极接口连接。
[0016]本专利技术还提供一种工业化应用的液态金属电池应用方法，包括如下步骤：
[0017]S1：注入下电池阳极母液，使下电池阳极母液达到35～40cm厚度；
[0018]S2：注入下电池液态电解质至隔离石墨板下表面即可；
[0019]S3：注入上电池阳极母液，直至上电池阳极母液达到35～40cm厚度；
[0020]S4：注入上电池液态电解质，至上电池液态电解质接触上电池阴极石墨块；阳极母液为Li
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Bi
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业化应用的液态金属电池，其特征在于：包括壳体，所述壳体内壁固定连接有耐蚀内衬，位于所述壳体内底部的耐蚀内衬上方铺设有多个下电池阳极石墨块，所述下电池阳极石墨块两端分别插设有下电池阳极钢棒；所述下电池阳极石墨块上方依次设置有下电池阳极母液层、下电池液态电解质层和下电池金属锂，所述下电池金属锂上方固定设置有隔离石墨板，所述隔离石墨板上方依次设置有上电池阳极母液层、上电池液态电解质层和上电池金属锂，所述上电池金属锂上方均匀铺设有多个上电池阴极石墨块，所述上电池阴极石墨块两端分别插设有上电池阴极钢棒；所述上电池阴极石墨块顶部依次设置有上部防渗料层和上电池氧化铝纤维保温板；位于所述下电池阳极石墨块和上电池阴极石墨块一端的所述下电池阳极钢棒和上电池阴极钢棒分别电连接有电源，位于所述下电池阳极石墨块和上电池阴极石墨块另一端的所述下电池阳极钢棒和上电池阴极钢棒分别电连接DC/AC逆变器，所述DC/AC逆变器通过升压器连接有负载。2.根据权利要求1所述的工业化应用的液态金属电池，其特征在于：所述耐蚀内衬包括与所述壳体内壁固定连接的氧化铝纤维板，所述氧化铝纤维板内侧依次设置有黏土保温砖、侧部防渗料层和氧化镁砖内衬，所述下电池阳极石墨块固定铺设于位于所述壳体内底部的氧化镁砖内衬上。3.根据权利要求1所述的工业化应用的液态金属电池，其特征在于：所述壳体内部两侧分别设置有下电池下料口隔离墙和上电池下料口隔离墙；所述下电池下料口隔离墙底部与所述下电池阳极母液层上端面接触，所述下电池下料口隔离墙顶部与所述上电池氧化铝纤维保温板一端固定连接，所述下电池下料口隔离墙一侧与其相邻近的所述氧化镁砖内衬之间形成下电池下料口，所述下电池下料口顶部固定设置有下电池下料口盖；所述上电池下料口隔离墙底部与所述上电池阳极母液层上端面...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢惠民，卢小溪，
申请(专利权)人：易航时代北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：