一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池制造技术

一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池，它涉及一种碘液流电池。本发明专利技术的目的是要通过形成碘酸盐以及高碘酸盐解决目前酸性和中性碘液流电池析出碘单质导致的电池寿命以及容量减少的问题。一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池，包括一节单电池或多节单电池构成的电堆；单电池包括正极电解液、负极电解液、两个避光储液罐、带石英窗的固定端板、带S型流道的集电固定端板、垫片、离子筛分膜、正极、负极、光催化材料。本发明专利技术提供的一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池适用于长期大规模储能，该液流电池兼容多种充放电模式可快速根据需要储备的能源波动进行调整。源波动进行调整。源波动进行调整。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池


[0001]本专利技术涉及一种碘液流电池。

技术介绍

[0002]碘的在海洋中资源丰富，成本低，同时能量密度大、反应动力学快并且有良好的可逆性，是最有前途的氧化还原能量储存的活性物之一。因此碘逐渐被引入到电池的设计中与金属负极(如锂、锌)相结合，制造出各种用于可持续能源储存的单液流电池。但现有的碘电池中在充放电的过程中都涉及到大量碘单质的产生，析出的碘单质在水溶液中溶解度低会造成管路堵塞和电容量衰减。此外金属/碘液流电池中使用的金属负极在大型储能中价格昂贵并有在长循环过程中于电极表面形成金属枝晶和形成金属氧化物沉淀的风险。
[0003]碘在水溶液中可稳定存在的价态有
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1，0，+5和+7，而目前针对碘液流电池的研究主要集中在酸性条件下I3‑
和I
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这个氧化还原对，即单位碘离子进行单电子的储存，并没有利用到碘的更高价态。这主要限制于目前碘液流电池的电极选择以及较低的电解液pH值导致的碘从低价态到+5或+7高价态的所需的活化过电位过高。因此高价态碘在液流电池中的应用是一个值得被探索的方向。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是要通过形成碘酸盐以及高碘酸盐解决目前酸性和中性碘液流电池析出碘单质导致的电池寿命以及容量减少的问题，而提供一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池。
[0005]一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池，其包括一节单电池或多节单电池构成的电堆；所述的单电池包括正极电解液、负极电解液、两个避光储液罐、带石英窗的固定端板、带S型流道的集电固定端板、垫片、离子筛分膜、正极、负极、光催化材料；
[0006]所述的带石英窗的固定端板与带S型流道的集电固定端板内侧分别设有垫片，两个垫片之间设有离子筛分膜；带石英窗的固定端板与垫片之间设有正极，带石英窗的固定端板与离子筛分膜之间形成正极室；带S型流道的集电固定端板与垫片之间设有负极，带S型流道的集电固定端板与离子筛分膜之间形成负极室；
[0007]所述的光催化材料涂敷在带石英窗的固定端板的石英板内表面、原位生长在带石英窗的固定端板的石英板内表面、负载在正极表面、原位生长在正极表面或添加在正极电解液中的一种或多种组合；
[0008]两个避光储液罐设置在带石英窗的固定端板和带S型流道的集电固定端板的外部，每个避光储液罐配套一个进液管、一个出液管和一个蠕动泵；正极电解液和负极电解液分别置于两个避光储液罐内；装有正极电解液的避光储液罐通过一个进液管与正极室相连通，正极室通过一个出液管与装有正极电解液的避光储液罐相连通；装有负极电解液的避
光储液罐通过一个进液管与带S型流道的集电固定端板上S型流道的进液口相连通，S型流道的出液口与负极室相连通；负极室通过一个出液管与装有负极电解液的避光储液罐相连通；两个蠕动泵分别设置在两个进液管上。
[0009]本专利技术的原理及优点：
[0010]一、本专利技术中负极和正极材料为多孔导电材料，以达到流道中的电解液中的离子传递；本专利技术利用碘在水溶液中拥有多种价态，以及I
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/IO3‑
和IO4‑
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在碱性体系中氧化还原过电位较低的特性；在非光照条件下正极活性物质I
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可发生高库伦效率最多六电子转移氧化生成IO3‑
，在光照下充电过程中，正极活性物质I
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可发生多至八电子转移氧化生成IO4‑
；本专利技术可在不额外改变电解液活性物浓度或者增加其他储能设备的情况下允许短时间内能源供应的波动，尤其适用于包括风、水、潮汐、尤其太阳能等绿色但供应波动较大的能源的储备；
[0011]二、在碱性水溶液中I
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/IO3‑
和IO4‑
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的氧化过电位被有效降低，但未经处理的多孔结构的石墨/碳电极的仍无法与其匹配，造成氧化活性物的过程中与析氧反应竞争电子影响本专利技术库伦效率以及充电电压；因此为最大化该液流电池的容量以及重返点效率，还需要找到合适的氧化还原催化剂以扩大其应用范围。
[0012]三、本专利技术提供一种发展利用碘的高价态进行更高容量的电能储存的高性能碱性水系液流电池体系的可能性；
[0013]四、本专利技术提供的一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池适用于长期大规模储能，该液流电池兼容多种充放电模式可快速根据需要储备的能源波动进行调整；本液流电池体系容量弹性极大，能够更好的应对光等清洁能源供应的波动，可应用于长期大规模能源储备。
附图说明
[0014]图1为实施例1中所述的应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池去除正极电解液、负极电解液、两个避光储液罐和光催化材料后的结构示意图，图中1为带石英窗的固定端板，2为带S型流道的集电固定端板，3为垫片，4为离子筛分膜，5为负极，6为正极，7为石英窗；
[0015]图2为带S型流道的集电固定端板的结构示意图，图中8为S型流道的进液口，9为S型流道的出液口；
[0016]图3为实施例1中所述的应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池在非光照条件下的充放电循环容量
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电压随时间变化曲线图；
[0017]图4为实施例1中所述的应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池在非光照条件下的电池库伦效率以及充放电容量随循环圈数变化曲线图，图中1为非光照下的电池库伦效率，2为充放电容量；
[0018]图5为对应AM 1.5G滤光片下100mW/cm2的太阳光照下和非光照条件下实施例1中所述的应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池的充放电电容
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电压图，图中1为AM 1.5G滤光片下100mW/cm2的太阳光照，2为非光照；
[0019]图6为实施例1中所述的应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池的充放电活性物氧化还原示意图。
具体实施方式
[0020]具体实施方式一：本实施方式一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池，其包括一节单电池或多节单电池构成的电堆；所述的单电池包括正极电解液、负极电解液、两个避光储液罐、带石英窗的固定端板、带S型流道的集电固定端板、垫片、离子筛分膜、正极、负极、光催化材料；
[0021]所述的带石英窗的固定端板与带S型流道的集电固定端板内侧分别设有垫片，两个垫片之间设有离子筛分膜；带石英窗的固定端板与垫片之间设有正极，带石英窗的固定端板与离子筛分膜之间形成正极室；带S型流道的集电固定端板与垫片之间设有负极，带S型流道的集电固定端板与离子筛分膜之间形成负极室；
[0022]所述的光催化材料涂敷在带石英窗的固定端板的石英板内表面、原位生长在带石英窗的固定端板的石英板内表面、负载在正极表面、原位生长在正极表面或添本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池，其特征在于其包括一节单电池或多节单电池构成的电堆；所述的单电池包括正极电解液、负极电解液、两个避光储液罐、带石英窗的固定端板、带S型流道的集电固定端板、垫片、离子筛分膜、正极、负极、光催化材料；所述的带石英窗的固定端板与带S型流道的集电固定端板内侧分别设有垫片，两个垫片之间设有离子筛分膜；带石英窗的固定端板与垫片之间设有正极，带石英窗的固定端板与离子筛分膜之间形成正极室；带S型流道的集电固定端板与垫片之间设有负极，带S型流道的集电固定端板与离子筛分膜之间形成负极室；所述的光催化材料涂敷在带石英窗的固定端板的石英板内表面、原位生长在带石英窗的固定端板的石英板内表面、负载在正极表面、原位生长在正极表面或添加在正极电解液中的一种或多种组合；两个避光储液罐设置在带石英窗的固定端板和带S型流道的集电固定端板的外部，每个避光储液罐配套一个进液管、一个出液管和一个蠕动泵；正极电解液和负极电解液分别置于两个避光储液罐内；装有正极电解液的避光储液罐通过一个进液管与正极室相连通，正极室通过一个出液管与装有正极电解液的避光储液罐相连通；装有负极电解液的避光储液罐通过一个进液管与带S型流道的集电固定端板上S型流道的进液口相连通，S型流道的出液口与负极室相连通；负极室通过一个出液管与装有负极电解液的避光储液罐相连通；两个蠕动泵分别设置在两个进液管上。2.根据权利要求1所述的一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池，其特征在于所述的离子筛分膜为全氟磺酸膜或具有内在微孔的聚合物膜；所述的垫片为氟化橡胶垫片；所述的进液管和出液管的材质为抗酸碱特富龙管道。3.根据权利要求1所述的一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池，其特征在于所述的正极为碳毡、石墨毡、掺硼金刚石薄膜泡沫电极、二氧化铅负载石墨毡、亚氧化钛泡沫电极或铱钌钛氧化物复合泡沫电极；所述的负极为碳毡、石墨毡或泡沫锌电极。4.根据权利要求1所述的一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池，其特征在于所述的负极电解液由锌盐、pH调节电解质、支持电解质、水和防冻有机溶剂制备而成，其中锌盐为硫酸锌、碘化锌、溴化锌、氯化锌和硝酸锌中的一种或几种，其浓度为0.01mol/L～0.2mol/L，pH调节电解质为NaOH和KOH中的一种或两种，其浓度为1mol/L～4mol/L，支持电解质为KClO4和NaClO4中的一种或两种，其浓度为0mol/L～1mol/L，防冻有机溶剂为甲醇、无水乙醇、正丙醇、异丙醇、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙腈、苄腈、二噁茂烷、乙硫醚、环丁砜、磺内酯和磺内酯衍生物中的一种或其中几种的混合物；防冻有机溶剂与水的体积比为(0～0.3):1。5.根据权利要求1所述的一种应用于大规模储能的容量可随光照调节的碱性高价态碘液流电池，其特征在于所述的正极电解液由碘盐、pH调节电解质、支持电解质、水和防冻有机溶剂制备而成，其中碘盐为KI、NaI和ZnI2中的一种或几种，其浓度为0.01mol/L～3mol/L，pH调节电解质为NaOH和KOH中的一种或两种，其浓度为1mol/L～...

【专利技术属性】
技术研发人员：马军，周小群，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：