一种全硫液流电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于储能领域，主要涉及一种全硫液流电池及其制备方法。该电池包括：电极、电池堆体及电解液储液罐；正极电解液罐内设有正极电解液；负极电解液罐内设有负极电解液；正极电解液罐与正极腔室形成循环通路；所述负极电解液罐与负极腔室形成循环通路；电池堆体包括正极腔室、负极腔室、隔膜等；电极包括正极和负极；正极置于正极腔室中，与正极电解液接触；负极置于负极腔室中，与负极电解液接触；正极电解液为(NH4)2S

【技术实现步骤摘要】
一种全硫液流电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于储能领域，主要涉及一种全硫液流电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]具有高能量密度的碱金属/硫电池是已经商业化的石墨/磷酸镧铵电池的5～6倍，且单质硫来源丰富、绿色环保，近年来备受关注。但硫作为电极活性物质也存在不足。1)单质硫和放电产物硫化物具有低电子导电性。2)放电中间产物多硫化物易溶解于电解液，穿梭效应造成低库伦效率。3)充放电前后的硫电极的体积效应导致短循环寿命。这些问题阻碍了碱金属/硫电池的商业化。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种全硫液流电池及其制备方法。
[0004]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0005]本专利技术提出了一种可以作为大规模储能的全硫液流电池，分别以(NH4)2S
m
(6≤m≤8)、(NH4)2S
n
(4≤n≤6)作为液流电池的正极、负极活性物质，载有催化剂的多孔碳材料电极作为电化学反应基体。
[0006]本专利技术提供的全硫液流电池，包括：电极、电池堆主体及电解液储液罐；所述电池堆主体中空，内部由隔膜分隔成正极腔室和负极腔室；所述电解液储液罐包括正极电解液罐和负极电解液罐；所述正极电解液罐内设有正极电解液；所述负极电解液罐内设有负极电解液；所述正极电解液罐与正极腔室通过管道和泵等形成循环通路；所述负极电解液罐与负极腔室通过管道和泵等形成循环通路；所述电极包括正极和负极；所述正极置于正极腔室中，与正极电解液接触；所述负极置于负极腔室中，与负极电解液接触；所述正极电解液为(NH4)2S
m
的溶液，其中6≤m≤8；所述负极电解液为(NH4)2S
n
的溶液，4≤n≤6。
[0007]进一步地，所述隔膜为选择性铵离子交换膜。隔膜可以分隔正极和负极。
[0008]进一步地，所述电极为多孔碳材料。
[0009]优选地，所述多孔碳材料为碳毡。
[0010]优选地，所述电极为负载有催化剂的多孔碳材料；所述催化剂为氢氧化铈、氢氧化镨、氢氧化镧中的一种以上。
[0011]进一步优选地，所述催化剂为氢氧化铈、氢氧化镨、氢氧化镧、氢氧化铈与氢氧化镨的混合物、氢氧化铈与氢氧化镧的混合物、氢氧化镨与氢氧化镧的混合物及氢氧化铈、氢氧化镨、氢氧化镧三者的混合物中的一种。
[0012]进一步地，所述催化剂的负载量为0.1～10g/cm2。
[0013]本专利技术提供的一种制备全硫液流电池的方法，包括如下步骤：
[0014](1)配制(NH4)2S
m
的溶液和(NH4)2S
n
的溶液；
[0015](2)将(NH4)2S
m
的溶液置于正极电解液罐中，(NH4)2S
n
的溶液置于负极电解液罐中，
将电极、隔膜组装在电池堆主体内，再将电池堆主体、所述正极电解液罐、负极电解液罐连接，组装成所述全硫液流电池。
[0016]进一步地，所述(NH4)2S
m
的溶液或(NH4)2S
n
的溶液的配制，包括：
[0017]将(NH4)2S和铵盐溶解于溶剂(优选为无水乙醇)中，在温度为20～80℃条件下搅拌均匀，得到混合液，再加入硫，混合均匀，得到所述(NH4)2S
m
的溶液或(NH4)2S
n
的溶液。
[0018]进一步地，所述铵盐为高氯酸铵、六氟磷酸铵、六氟砷酸铵、六氟锑酸铵、四氟硼酸铵、三氟甲基磺酸铵、二(三氟甲基磺酰)亚胺铵、双三氟甲烷磺酰亚胺铵、硝酸铵中的一种以上；在所述混合液中，铵盐的浓度为0.01～5mol/L；所述溶剂为无水乙醇。
[0019]进一步地，当配制(NH4)2S
m
的溶液时，所述(NH4)2S与硫的摩尔比为1：5～7；所述(NH4)2S与溶剂的摩尔体积比为0.1～5：1mol/L。
[0020]优选地，所述当配制(NH4)2S
m
的溶液时，所述(NH4)2S与硫的摩尔比为1:7。
[0021]进一步地，当配制(NH4)2S
n
的溶液时，所述(NH4)2S与硫的摩尔比为1:3～5；所述(NH4)2S与溶剂的摩尔体积比为0.1～5：1mol/L。
[0022]优选地，当配制(NH4)2S4电解液时，所述(NH4)2S与硫的摩尔比为1:3。
[0023]本专利技术采用高溶解性的多硫化物制备了一种全硫液流电池。优选地，该全硫液流电池包括电池堆单元、电解液循环系统、电池管理系统和辅助系统，电堆单元由电解液、正极、负极、交换膜、双极板和集流体组成。(NH4)2S
m
(6≤m≤8)、(NH4)2S
n
(4≤n≤6)分别溶解于无水乙醇，既作为全硫液流电池的电解液，同时又作为正、负极活性物质，分别储存于两个储液罐中。以载有催化剂的多孔碳材料分别作为正、负极，选择性铵离子交换膜为隔膜。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：
[0025]本专利技术提供的全硫液流电池，采用(NH4)2S
m
(6≤m≤8)的溶液作为正极电解液和(NH4)2S
n
(4≤n≤6)的溶液作为负极电解液，不仅针对性的解决了硫作为电池材料面临的低电子导电性、穿梭效应造成低库伦效率及短循环寿命的三个问题，又利用了硫的高容量密度、多硫化物的高溶解性，使制备的全硫液流电池具备大规模储能的功能。该全硫液流电池具有长周期使用、灵活性、可扩展性、可再充电性、环境友好等特点。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1中制备的全硫液流电池的电性能检测结果图；
[0027]图2为本专利技术实施例2中制备的全硫液流电池的电性能检测结果图；
[0028]图3为本专利技术实施例3中制备的全硫液流电池的电性能检测结果图；
[0029]图4为本专利技术实施例4中制备的全硫液流电池的电性能检测结果图；
[0030]图5为本专利技术实施例5中制备的全硫液流电池的电性能检测结果图；
[0031]图6为本专利技术实施例6中制备的全硫液流电池的电性能检测结果图；
[0032]图7为本专利技术实施例7中制备的全硫液流电池的电性能检测结果图；
[0033]图8为本专利技术实施例8中制备的全硫液流电池的电性能检测结果图；
[0034]图9为本专利技术实施例9中制备的全硫液流电池的电性能检测结果图；
[0035]图10为本专利技术实施例10中制备的全硫液流电池的电性能检测结果图。
具体实施方式
[0036]以下结合实例对本专利技术的具体实施作进一步说明，但本专利技术的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全硫液流电池，其特征在于，包括：电极、电池堆主体及电解液储液罐；所述电池堆主体中空，内部由隔膜分隔成正极腔室和负极腔室；所述电解液储液罐包括正极电解液罐和负极电解液罐；所述正极电解液罐内设有正极电解液；所述负极电解液罐内设有负极电解液；所述正极电解液罐与正极腔室形成循环通路；所述负极电解液罐与负极腔室形成循环通路；所述电极包括正极和负极；所述正极置于正极腔室中，与正极电解液接触；所述负极置于负极腔室中，与负极电解液接触；所述正极电解液为(NH4)2S
m
的溶液，其中6≤m≤8；所述负极电解液为(NH4)2S
n
的溶液，其中4≤n≤6。2.根据权利要求1所述的全硫液流电池，其特征在于，所述隔膜为选择性铵离子交换膜。3.根据权利要求1所述的全硫液流电池，其特征在于，所述电极为多孔碳材料。4.根据权利要求3所述的全硫液流电池，其特征在于，所述电极为负载有催化剂的多孔碳材料；所述催化剂为氢氧化铈、氢氧化镨、氢氧化镧中的一种以上。5.根据权利要求4所述的全硫液流电池，其特征在于，所述催化剂的负载量为0.1
‑
10g/cm2。6.一种制备权利要求1
‑
5任一项所述的全硫液流电池的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配制(NH4)2S
m
的溶液和(NH4)2S
n
的溶液；(2)将(NH4)2S
m
的溶液置于正极电解液罐中，(NH4)2S
n
的溶液置于负极电解液罐中，将电极、隔膜组装在电...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊恒，
申请(专利权)人：广州百盛电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：