一种高面容量锌溴单液流电池制造技术

本发明专利技术公开了一种高面容量锌溴单液流电池，属于液流电池技术领域。该锌溴单液流电池是在正极与隔膜之间加装一层不导电、化学性质稳定且致密的塑料纤维，在电池充电过程中，负极的锌枝晶会沿着隔膜的微孔生长到正极，生长到正极的锌枝晶在致密塑料纤维的阻挡下，不与正极接触，从而避免了电池内部发生短路，能够提高负极面容量，进而提高电池面容量。该方法操作简单，成本低，效果明显，显著提升电池面容量，有效地提高锌溴单液流电池能量密度。有效地提高锌溴单液流电池能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种高面容量锌溴单液流电池


[0001]本专利技术属于液流电池
，具体涉及一种高面容量锌溴单液流电池。

技术介绍

[0002]锌溴单液流储能电池是一种新型的低成本、高效率、环境友好型的液流储能电池，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、电动汽车等领域。
[0003]对于锌溴体系液流电池，因其电池隔膜使用的是多孔形式的离子传导膜，导致负极在充电生成锌单质的过程中，锌单质会沿着隔膜微孔生长且会一直生长到正极，锌枝晶与正极接触后发生短路，致使电堆不能运行。为避免电池正负极短路，只能降低电池充电容量，上述问题是进一步提升锌溴液流电池容量的主要制约因素。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术的目的是提供了一种提高锌溴单液流电池面容量的方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术结合锌溴单液流电池的结构特点，通过在电池正极与隔膜之间加装塑料纤维膜，阻挡在充电过程中，因负极容量过大，负极通过隔膜微孔生长到正极的锌枝晶，避免生长到正极的锌枝晶与正极接触，避免电池短路。采用上述方法，电池的充电容量得到大幅提高。
[0007]进一步的，在组装电池时，于正极和隔膜之间加装材质为PE、PP或PVC中的一种或者几种的塑料纤维膜，塑料纤维膜的面积稍大于电池正极的面积。
[0008]进一步的，在组装电池时，于正极和隔膜之间加装的塑料纤维膜层数为一层或两层。
[0009]进一步的，加装的塑料纤维膜的孔径范围为0.1um～1um，塑料纤维膜的孔隙率范围为60％～95％，塑料纤维膜的厚度范围为1mm～3mm。
[0010]进一步的，电池正极、隔膜、塑料纤维膜相互平行设置，塑料纤维膜能够完全覆盖电池正极；
[0011]进一步的，正极在塑料纤维膜一侧表面的投影全部处于塑料纤维膜上。
[0012]本专利技术的另一目的是提供了一种高面容量锌溴单液流电池，采用上述方法制备的锌溴单液流电池，所述电池依次包括正极端板、正极石墨板、正极电极框、碳毡、塑料纤维膜、隔膜、碳毡、负极电极框、负极石墨板、负极端板；所述电池还包括电解液储罐，电解液储罐内的电解液在锌溴单液流电池的负极腔室中循环流动。
[0013]进一步的，锌溴单液流电池正负极电解液均为含锌离子的中性水溶液，锌、溴原料为溴化锌，电池正负极电解液中的锌离子浓度相同，电解质KCl浓度相同。
[0014]进一步的，电解液中锌离子浓度为：2
‑
4mol/L，KCl浓度为2
‑
5mol/L。
[0015]进一步的，锌溴单液流电池的电解液储罐内的负极电解液通过泵于负极端流动，
正负极之间设置有离子交换膜。
[0016]在电池充电过程中，负极锌单质在负极基底上沉积，当沉积量足够大时，锌枝晶会沿着隔膜微孔孔道生长，且锌枝晶会穿过隔膜达到正极一侧，生长到正极一侧的锌枝晶会优先触碰塑料纤维膜，塑料纤维具有吸水性、抗氧化性且不导电，触碰到塑料纤维的锌枝晶会被致密的塑料纤维挡住，塑料纤维中吸附的溴单质会快速氧化该部分锌枝晶，如此，锌枝晶不会触碰正极，电池不会短路，可以保持正常运行。电池充电时，观察充电曲线的斜率变化，当充电曲线斜率大幅减小时，此时的充电容量即为该电池的最大充电容量。
[0017]本专利技术相对于现有技术具有的有益效果如下：
[0018]1.本专利技术所述制备方法组装的电池，容量有明显提高，解决了锌溴单液流电池面容量低的问题，大幅提高了电池能量密度，该方法操作简单，成本低，效果明显，短时高效的解决了锌溴单液流电池容量低，能量密度低的问题，助推了锌溴液流电池的发展。
[0019]2.本专利技术针对锌溴单液流电池在充电过程中，负极锌枝晶通过隔膜微孔生长到正极且与正极接触并发生短路导致电池容量受限的问题，采用在正极与电池隔膜之间加装抗氧化性强的塑料纤维膜，来阻挡锌枝晶与正极接触，从而达到增加电池容量的目的。
[0020]3.本专利技术的塑料纤维具有抗氧化，致密、吸水、成本低等优点，塑料纤维膜可以有效地阻挡从负极生长到正极的锌枝晶，避免了该部分锌枝晶与正极接触发生短路。同时，正极在充电过程中生成的溴单质可以吸附在塑料纤维膜中，溴单质可以迅速氧化触碰到塑料纤维膜的锌枝晶，从而在电池达到极限容量之前，保护电池不发生短路，在保证电池运行正常的前提下，大幅提高电池容量，有效提升了电池能量密度。
具体实施方式
[0021]下面结合实施例对本专利技术进行详细的说明，但本专利技术的实施方式不限于此，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本专利技术的部分实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，获得其他的类似的实施例均落入本专利技术的保护范围。
[0022]实施例1
[0023]电池电解液为2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP(N
‑
甲基
‑
N
‑
乙基吡咯烷盐)，单电池依次包括正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、PE纤维膜(孔径范围为0.1um～0.2um，孔隙率为85％，厚度为2.5mm)、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。正极电解液密封在正极电极框、正极集流体(石墨板)以及电池隔膜围成的封闭腔体中，且正极电解液不流动。充放电电流密度40mA/cm2。最大充电容量为100mAh/cm2。电池性能如表1。
[0024]实施例2
[0025]电池电解液为2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP，单电池依次包括正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、PP纤维膜(孔径范围为0.1um～0.3um，孔隙率为90％，厚度为2mm)、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。正极电解液密封在正极电极框、正极集流体(石墨板)以及电池隔膜围成的封闭腔体中，且正极电解液不流动。充放电电流密度40mA/cm2。最大充电容量为100mAh/cm2。电池性能如表2。
[0026]由表1和表2可见，在电池正极与隔膜之间加装符合一定要求条件的塑料纤维膜，电池最大充电容量可达100mAh/cm2，且性能几乎没有衰减(相比于低面容量的充电条件)。
[0027]表1实施例1制备的锌溴单液流电池的性能结果
[0028][0029]表2实施例2制备的锌溴单液流电池的性能结果
[0030][0031]对比例1
[0032]电池电解液为2mol/LZnBr2+3mol/LKCl+0.8M MEP，单电池依次包括正极端板、正极6x6cm2石墨板、正极电极框、碳毡、隔膜、碳毡、负极电极框、负极6x6cm2石墨板、负极端板。正极电解液密封在正极电极框、正极集流体(石墨板)以及电池隔膜围成的封闭腔体中，且正极电解液不流动。充放电电流密度40mA/cm2。最大充电容量为100mAh/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高锌溴单液流电池面容量的方法，其特征在于，包括以下步骤：在组装电池时，通过在电池正极与隔膜之间加装塑料纤维膜，阻挡在充电过程中负极通过隔膜微孔生长到正极的锌枝晶，避免电池短路；所述塑料纤维膜的材质为PE、PP或PVC中的一种或者二种以上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑料纤维膜的层数为1层或2层以上。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述塑料纤维膜的孔径范围为0.1um～1um，塑料纤维膜的孔隙率范围为60％～95％，塑料纤维膜的厚度范围为1mm～3mm。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述塑料纤维膜的孔径为0.1um；塑料纤维膜的孔隙率为90％；塑料纤维膜的厚度为2.5mm。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述电池正极、隔膜和塑料纤维膜相互平行设置，塑料纤维膜能够完全覆盖电池正极。6.一种高面容量锌溴...

【专利技术属性】
技术研发人员：李先锋，宋杨，张华民，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：