一种碱性镍硫液流电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种该碱性镍硫液流电池，包括正极、负极、隔膜以及电解质，所述正极的活性物质为氢氧化镍，所述负极的活性物质为含有S

【技术实现步骤摘要】
一种碱性镍硫液流电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体来说，涉及一种碱性镍硫液流电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着传统化石燃料的日益衰竭及其带来严重的环境污染等问题，寻找新能源和发展新能源的技术势在必行。但是以风力、太阳能等为代表的可再生能源具有较大的波动性和间歇性，直接并网将给电网带来冲击，一般需要配置 10％
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15％的储能系统作为缓冲；随着可再生能源在电力系统中占比的进一步提升，所需配置储能的比例和规模将逐步增大。目前总体装机容量最大的抽水储能系统因为地理位置和地质要求的限制，发展逐渐放缓。电化学储能中占比最高的锂离子电池由于安全性较差以及原材料碳酸锂价格不断的上涨，发展也受到了一定的限制。作为一种新型大规模储能系统，液流电池具有本征安全、可规模化、速度响应快的特点，逐渐受到了全世界的广泛关注。发展本征安全、价格低廉的液流电池体系符合，既符合储能行业的需求，也是国家双碳战略目标实现的需要。
[0003]在液流电池中，目前发展较为成熟的体系为全钒、铁铬以及锌溴体系。然而钒盐的提炼工艺非常复杂，并且价格非常昂贵，钒电池的电解液活性物质成本已接近1800元/KWh，仅活性物质该项成本都与磷酸铁锂电池系统成本相当。而另一种较为成熟的液流电池用电解液体系为铁铬电解液，虽然其成本较为低廉，但其能量密度受限于二价铁离子的溶解度，溶解度较低，并且存在铬老化以及析氢的问题，严重制约其商业化发展。并且两种液流电池都采用阳离子作为反应活性离子，而目前的大多数隔膜为阳离子交换膜，阳离子交换膜上面的阴离子官能团对带有正电荷的阳离子有吸引作用，因此极易发生正负极电解液互混的交叉扩散污染，从而引起电池性能的快速衰减。而锌溴体系由于负极侧锌枝晶的存在，在循环充放电一定次数后，锌枝晶容易刺破隔膜导致正负极活性物质发生互混，制约了其循环寿命。
[0004]综上所述，亟需发展一种性能高、成本低、容易制备、能量密度高、经济竞争力强的液流电池用的新型电解液体系。

技术实现思路

[0005]针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种碱性镍硫液流电池及其制备方法。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种碱性镍硫液流电池。
[0008]该碱性镍硫液流电池，包括正极、负极、隔膜以及电解质，所述正极的活性物质为氢氧化镍，所述负极的活性物质为含有S
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的多硫化物；所述隔膜为阳离子交换膜，所述电解液为碱性水溶液，且所述正极和负极选用氢氧化钠或者氢氧化钾为支持电解质。
[0009]优选的，含有S
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的多硫化物为多硫化钠或多硫化钾。
[0010]优选的，所述阳离子交换膜为全氟磺酸膜。
[0011]优选的，所述电解液中含有钾离子或钠离子的摩尔浓度为1
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9mol/L，氢氧根离子
的摩尔浓度为1
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6mol/L，硫离子的摩尔浓度为1
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3mol/L。
[0012]优选的，所述正极和所述负极的活性物质的载体均为镍网。
[0013]优选的，所述正极和所述负极的集流体均为柔性石墨。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种碱性镍硫液流电池的制备方法。
[0015]该碱性镍硫液流电池的制备方法，包括以下步骤：
[0016]将含有氢氧化镍的粉体和活性炭导电剂以及粘结剂混合均匀形成浆料，并将该浆料涂覆于镍网上；
[0017]将氢氧化钠或者氢氧化钾溶解在水溶液中，形成碱性溶液，并将该碱性溶液加入到正极腔体内；
[0018]将硫化钠与氢氧化钠或者氢氧化钾溶解在水溶液，形成硫化钠水溶液，并将固体硫颗粒溶解在硫化钠水溶液中，形成负极电解液；
[0019]将负极电解液和预先配置的镍网加入到负极腔体。
[0020]此外，该碱性镍硫液流电池的制备方法，还包括：对镍网进行预处理，促使镍网表面形成硫化镍层。
[0021]其中，对镍网进行预处理，促使镍网表面形成硫化镍层包括：将镍网在丙酮和盐酸中清洗去除表面油渍和氧化物；将清洗后的镍网用清水洗干净，并进行烘干；将烘干后的镍网放置在二硫化钾或二硫化钠溶液中煮沸，直至表面颜色从银色变为黑色，形成致密的纳米花朵状的硫化镍层。
[0022]优选的，所述二硫化钾的摩尔浓度为1mol/L，所述煮沸时间为4
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5h。
[0023]有益效果：
[0024]由于在正极侧采用了氢氧化镍(Ni(OH)2/NiOOH)电对，因此，正极侧的反应为全固相的固体到固体，从而形成电极一边没有相变反应，另外一边仅为液态活性离子的电化学氧化还原反应，所以，不存在相变反应，因此没有枝晶现象。而液态活性物质为硫化物阴离子，因此，即便是最常用的商业的阳离子交换膜，也对其有着极好的阻挡特性。而采用溶有氢氧化物的水性溶液作为支持电解液，相比起全钒液流电池中的硫酸电解液，粘度显著降低，因此在同样流量下泵功损耗也大为减小。
[0025]此外，本专利技术所述的碱性镍硫液流电池价格低廉，仅为传统全钒液流电池的1/6左右，碱性镍硫液流电池的输出电压高达0.91V，并且运行区间广泛，可在
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60℃的区间运行，可适应我国大部分地区的气候要求。相比之下，传统的全钒液流电池的运行温度区间仅为10
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40℃，当电池运行温度高于40℃时，需要启动冷却系统防止正极侧的V2O5析出，而冷却系统本身价格昂贵，并且运行时需要消耗电量，降低了系统的整体效率，限制了其应用。而本专利技术中的液流电池，温度的提升将增加电解液电导率以及反应动力学，当温度低于60℃时，无需任何冷却系统，真正实现了宽温区的运行。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是根据本专利技术实施例的碱性镍硫液流电池的结构示意图；
[0028]图2是根据本专利技术实施例的碱性镍硫液流电池的制备方法流程示意图；
[0029]图3是根据本专利技术实施例的原始电极和载有硫化镍的电极的电镜图；
[0030]图4是根据本专利技术实施例的载有硫化镍的电极的元素分析能谱图；
[0031]图5是根据本专利技术实施例的碱性镍硫液流电池的正负极电极电势图；
[0032]图6是根据本专利技术实施例的碱性镍硫液流电池的20圈充放电曲线图；
[0033]图7是根据本专利技术实施例的碱性镍硫液流电池的500圈充放电曲线图；
[0034]图8是根据本专利技术实施例的碱性镍硫液流电池的负极侧催化剂硫化镍的电势图；
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱性镍硫液流电池，包括正极、负极、隔膜以及电解质，其特征在于，所述正极的活性物质为氢氧化镍，所述负极的活性物质为含有S
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的多硫化物；所述隔膜为阳离子交换膜，所述电解液为碱性水溶液，且所述正极和负极选用氢氧化钠或者氢氧化钾为支持电解质。2.根据权利要求1所述的碱性镍硫液流电池，其特征在于，含有S
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的多硫化物为多硫化钠或多硫化钾。3.根据权利要求2所述的碱性镍硫液流电池，其特征在于，所述阳离子交换膜为全氟磺酸膜。4.根据权利要求3所述的碱性镍硫液流电池，其特征在于，所述电解液中含有钾离子或钠离子的摩尔浓度为1
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9mol/L，氢氧根离子的摩尔浓度为1
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6mol/L，硫离子的摩尔浓度为1
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3mol/L。5.根据权利要求4所述的碱性镍硫液流电池，其特征在于，所述正极和所述负极的活性物质的载体均为镍网。6.根据权利要求5所述的碱性镍硫液流电池，其特征在于，所述正极和所述负极的集流体均为柔性石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建平，魏磊，
申请(专利权)人：未来协同技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：