一种锰铁液流电池及其制造方法技术

本发明专利技术属于电池领域，公开了一种锰铁液流电池及其制造方法。本发明专利技术的锰铁液流电池包括一节电池单元或两节以上电池单元串联而成的电池模块、电解液储液罐、循环泵、循环管、控制系统；其中，电池单元包括正极电解液、负极电解液、电极、电极板；正极电解液为含锰离子(Ⅱ或Ⅲ)的酸性溶液，负极电解液为含有铁离子(Ⅱ或Ⅲ)的酸性溶液。本发明专利技术的锰铁液流电池具有材料成本低、电池充放电效率相对较高、电池循环充放电寿命长、储能稳定、安全性高及后期维护容易的特点。容易的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种锰铁液流电池及其制造方法


[0001]本专利技术属于电池领域，具体涉及一种锰铁液流电池及其制造方法。

技术介绍

[0002]能源是人类生产、生活的必需品。人类对于化石能源的使用导致每年向环境排放巨量的CO2气体，加重了全球的温室效应。为了实现“碳中和”的目标，人们正在大力发展太阳能和风能等新能源发电技术。但是，这些新能源发电技术产生的电能具有波动性，直接并入电网会破坏电网设施。解决这个问题的方案之一是储能，储能装置是未来风力和太阳能发电必须配套的设施。先进的储能技术已经成为了全球科技竞争的热点，也将是实现新能源转型战略目标的关键技术。目前的储能技术主要有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、热储能、超导储能等物理储能技术和锂离子电池、液流电池、钠硫电池、超级电容器、锌离子电池、钠离子电池等电化学储能技术。
[0003]在各种储能技术中，二次电池储能技术具有能量效率高、能量密度高、充放电速度快、无机械传动、可移动性高等优势，是重要的储能技术之一。在各种二次电池中，全钒液流电池(VFB)具有安全性高、材料回收容易等优势。近年来VFB储能系统逐渐受到重视，并且得到了市场的青睐，特别是在长时储能领域。然而，钒(V)是一种储备资源不丰富的金属资源，其开采、使用等过程对环境的污染相对严重，而且VFB原料之一的VOSO4的价格居高不下，这直接导致了VFB至今也没有大规模商业化应用。
[0004]为了避免使用V等丰度不高的元素，研究人员开发了锌半液流电池、有机液流电池、铁铬液流电池等液流电池体系。然而，至今为止这些不同的液流电池体系仍然面临性能差、成本高的关键问题，这也是这些新型液流电池难以广泛应用的主要原因。因此，提高液流电池性能，同时进一步地降低其材料成本，成为了当前各大研究机构和公司研发下一代液流电池的重要目标。

技术实现思路

[0005]针对上述涉及的二次电池使用含钒原料等储备资源少、易导致环境污染问题的原料，本专利技术提供了一种锰铁液流电池及其制造方法。
[0006]这种液流电池具有极低的成本、原料资源丰富、安全性高、后期维护容易的优势，能满足大规模储能对电池关键指标的要求。
[0007]为实现上述目的，具体包括以下技术方案：
[0008]一种锰铁液流电池，包括一节电池单元或两节以上电池单元串联而成的电池模块、电解液储液罐、循环泵、循环管、控制系统；
[0009]所述的电池单元包括正极电解液、负极电解液；
[0010]所述的正极电解液为含有锰离子的酸性溶液；所述的锰离子为二价锰离子、三价锰离子中的至少一种；
[0011]所述的负极电解液为含有铁离子的酸性溶液；所述的铁离子为二价铁离子、三价
铁离子中的至少一种。
[0012]作为本专利技术优选的实施方式，所述的电池单元还包括电极。
[0013]作为本专利技术优选的实施方式，所述的电极为碳毡。
[0014]所述的碳毡包括石墨碳毡、无定形碳毡中的至少一种，碳毡厚度为0.1～10 mm，碳毡可商业购买，也可由聚丙烯腈、聚氨酯类高分子纤维碳化得到。
[0015]液流电池各部件连接关系如下：电极一端与控制系统相连接，电极另一端与正极电解液或负极电解液相连接，正极电解液和负极电解液间含有隔膜；电解液储液罐中储存正极电解液或负极电解液，循环管管路上设有循环泵，电解液储液罐通过循环管与电池单元连接，电池运行时正极电解液或负极电解液从电解液储液罐中通过循环管流向电池单元，再由电池单元流向电解液储液罐。
[0016]作为本专利技术优选的实施方式，电池单元还包括密封橡胶垫片、固定部件、电极板。
[0017]电极板可选择常规的碳钢材料，如不锈钢材质的电极板，不仅满足液流电池各组件固定时必要的强度，还可防腐，易加工形成所需的各连接口或者形状。作为本专利技术优选的实施方式，电极板朝向正极电解液或负极电解液的侧面有凹槽，该凹槽用于放置碳毡，碳毡与密封橡胶垫片间有空隙，用于填充正极电解液或负极电解液，隔膜放于两块密封橡胶垫片之间，通过固定部件将液流电池电堆固定。
[0018]所述的固定部件为螺丝。
[0019]作为本专利技术优选的实施方式，所述的正极电解液为含锰离子的酸性溶液或含锰离子、铁离子的酸性溶液中的一种；
[0020]所述的负极电解液为含有铁离子的酸性溶液或含有锰离子、铁离子的酸性溶液中的一种；
[0021]铁离子或锰离子作为液流电池的产生电能的活性组分，其在电解液的浓度直接与电池的性能相关，合适的浓度，不仅节约资源，减少不必要的浪费，提高活性组分的利用率，而且提高电池将化学能转化为电能的效率。
[0022]本专利技术的专利技术人通过实验可知，所述的正极电解液中锰离子浓度为0.1～5 mol L
‑1，电解液能够使电池性能达到所需的标准。
[0023]作为本专利技术进一步优选的实施方式，所述的锰离子的浓度为0.2～1mol L
‑1。
[0024]本专利技术的专利技术人通过大量的试验可知，与锰离子或铁离子组成的酸为盐酸和/或硫酸时，电解液的性能更好。
[0025]作为本专利技术优选的实施方式，所述的正极电解液为包括锰盐、硫酸和盐酸的水溶液。
[0026]作为本专利技术优选的实施方式，所述的锰盐包括MnSO4、Mn(NO3)2、 Mn(CH3COO)2、MnCl2、MnCl3、Mn3(PO4)2中的至少一种。
[0027]作为本专利技术优选的实施方式，所述的负极电解液中铁离子浓度为0.1～5molL
‑1。
[0028]作为本专利技术进一步优选的实施方式，所述的铁离子的浓度为0.2～1mol L
‑1。
[0029]作为本专利技术优选的实施方式，所述的负极电解液为包括铁盐、硫酸和盐酸的水溶液。
[0030]作为本专利技术优选的实施方式，所述的铁盐包括FeSO4、FeCl3、FeCl2、 Fe(NO3)3、Fe(NO3)2、Fe(CH3COO)2、Fe(CH3COO)2、FeF3、FeI3中的至少一种。
[0031]作为本专利技术优选的实施方式，所述的硫酸浓度为0.1～10mol L
‑1。
[0032]作为本专利技术优选的实施方式，所述的盐酸浓度为0.1～10mol L
‑1。
[0033]本专利技术的专利技术人通过实验研究发现了，以含锰离子或铁离子的酸性水溶液为电解质溶液，通过这两种电解液可以构建出性能达标、成本极低的新型锰铁液流电池。
[0034]作为本专利技术优选的实施方式，所述的隔膜为离子传导膜。
[0035]所述的离子传导膜为具有阳离子导电性的高分子膜，能够作为离子交换的媒介。
[0036]作为本专利技术优选的实施方式，所述的离子传导膜包括全氟磺酸膜、磺化聚醚醚酮膜、聚苯乙烯膜、聚醚砜膜中的至少一种。
[0037]作为本专利技术优选的实施方式，所述的磺化聚醚醚酮膜由浓硫酸磺化聚醚醚酮制备而成。磺化聚醚醚酮膜可从市场上直接购买，又因其制备过程相对简单，可实验室制备得到。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰铁液流电池，其特征在于，包括一节电池单元或两节以上电池单元串联而成的电池模块、电解液储液罐、循环泵、循环管、控制系统；所述的电池单元包括正极电解液、负极电解液；所述的正极电解液为含有锰离子的酸性溶液；所述的锰离子为二价锰离子、三价锰离子中的至少一种；所述的负极电解液为含有铁离子的酸性溶液；所述的铁离子为二价铁离子、三价铁离子中的至少一种。2.如权利要求1所述的锰铁液流电池，其特征在于，电池单元还包括电极；电极一端与控制系统相连接，电极另一端与正极电解液或负极电解液相连接，正极电解液和负极电解液间含有隔膜；电解液储液罐中储存正极电解液或负极电解液，循环管管路上设有循环泵，电解液储液罐通过循环管与电池单元连接，电池运行时正极电解液或负极电解液从电解液储液罐中通过循环管流向电池单元，再由电池单元流向电解液储液罐。3.如权利要求1所述的锰铁液流电池，其特征在于，所述的锰离子的浓度为0.1～5mol L
‑1，所述的铁离子的浓度为0.1～5mol L
‑1。4.如权利要求3所述的锰铁液流电池，其特征在于，所述的锰离子的浓度为0.2～1mol L
‑1，所述的铁离子的浓度为0.2～1mol L
‑1。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的锰铁液流电池，其特征在于，所述的负极电解液为包括铁盐、硫酸和盐酸的水溶液；所述的正极电解液...

【专利技术属性】
技术研发人员：余觉知，吴京，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：