釩離子液流蓄電池的製作方法
2023-05-11 22:53:26
專利名稱：釩離子液流蓄電池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及新能源領域的液流電池，特別是一種釩離子液流蓄電池。
背景技術：
現有蓄電池大多因活性物質的軟化、脫落等問題而導致電池失效，因其活性物質均為固態，如鉛酸蓄電池陽二氧化鉛、陰海綿鉛。它們製造方式為金屬鉛磨成粉後加水加硫酸調製成鉛膏，然後塗敷在鉛板柵上，通過固化、乾燥、化成等工序後，陽陰極分別生成二氧化鉛(PbO2)、海綿鉛(Pb)，這些活性物質必須與鉛板柵牢牢結合在一起，才能在它們發生能量轉換時起到電子輸送的目的。從其反應方程式
可以看出反應中伴隨著反應物質的狀態變化，而三種固體物質的的密度又各不相同，PbO2為9.375g/cm3、Pb為11.35g/cm3、PbSO4為6.2g/cm3，所以在充放電過程中就會有顯著的體積變化，尤其在深充深放時更明顯，這種體積變化極容易造成電池的活性物質軟化、脫落，一般蓄電池經過幾百次充放電循環後就會失效。現有蓄電池因活性物質為固態，活性物質、電極與電解液必須在一起才能發揮作用，它輸出的功率及所貯存的能量受極板表面積、電池殼的體積限制。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種可以耐深度充放電、高倍率放電及循環壽命長，並可實現瞬間充電，可作後備型、儲能型及牽引型電源的釩離子液流蓄電池。
本實用新型的目的是通過下述方式實現的本實用新型由兩個電解液池和若干層的電池單元組成，電解液池分別盛放陽、陰極釩離子電解液，所述的若干層電池單元疊加在一起，每個電池單元由雙極性電極、氈膜、流動框架、隔膜、流動框架、氈膜、雙極性電極依次疊加而成，隔膜將單電池分開成陽、陰兩個半單元；每個電解液池配有一個泵，以密封管道與每一個半單元相連；流動框架為密封管道流經每個半單元的通道，將陽、陰電解液池分別與陽陰半單元連通。
所述的陽極電解液含8-10mol/L的H2SO4及1～2mol/L的(VO2)2SO4溶液，餘量為水；陰極電解液含8-10mol/L的H2SO4及1～2mol/L的VSO4溶液，餘量為水。
當已貯存能量的電解液在每一層的電池單元中流動時，電子就有流動到外部電路的趨勢，接通外部電路就會產生電流，這就是放電過程。當外部電路將電流強加到電池時，相反的過程發生了，這就是給電池單元的電解液充電，然後再由泵輸送回電解液池。(見附圖2)釩離子液流蓄電池是一種能將電解液中的化學能與電能相互轉換的裝置，它的電解液是由五氧化二釩溶解在硫酸溶液內而成。由於這個電化學反應是可逆的，所以該類電池既可以充電和也可以放電。充放電時隨著兩種釩離子化合價的變化，電能和化學能相互轉換。(見附圖3)。
化學反應表達式
陰極E0＝-0.26V(1)陽極E0＝1.00V(2)電池額定電壓為1.2V/單元，電池在25℃下，1mol/L的活性物質濃度時，標準電壓為1.26V/單元。該電池的陽陰電解液都採用五氧化二釩為原料，五氧化二釩理論放電量為3.396克/安時。電池的比功率達18w/kg，比能量達25Wh/kg。
本實用新型的一個最重要的特點是，峰值功率取決於電池堆的總表面積，而電池的電量則取決於電解液的多少。電池的活性物質為液態，可以自由流動，它的電極和電解液不一定放到一塊，這就意味著能量的存放可以不受電池外殼的限制。不同等級的能量可以從電池堆中不同的電池單元或單元組中通過提供的電解液來得到。給電池堆充電和放電不一定需要用相同等級的電壓。例如，該電池可以用串聯電池堆的電壓放電，而充電則可以在電池堆的另一部分用不同的電壓進行。
本實用新型的電池活性物質為液態，整個反應中均為液相，不存在活性物質軟化、脫落問題，因此可以耐深度充放電、高倍率放電及循環壽命長，並可以用更換溶液的方式進行充電，實現瞬間充電。所以該類電池可作後備型、儲能型及牽引型電源，應用範圍很廣。如用於劇院、醫院等需要緊急照明的地方；為潛艇、遠洋輪船提供電力等；可用於電動汽車、潛艇等交通工具，可作為邊遠地區的儲能及發電系統；可用於通訊、鐵路和無線電轉播站等用電場所；可作為大廈、機場、程控交換站備用電源；太陽能等清潔發電系統的配套儲能裝置以及用於電網調峰。該類電池是一種清潔無汙染、可再生能源，沒有對人體產生危害的鉛、鎘、汞等重金屬。
圖1為本實用新型電池單元結構示意圖。
圖2為本實用新型電池系統結構示意圖。圖3為本實用新型原理示意圖。
1-隔膜 2-流動框架 3-雙極性電極 4-氈膜 5-陽極電解液進口6-陽極電解液出口 7-陰極電解液進口 8-陰極電解液出口9-陽極電解液 10-陰極電解液 11-密封管道 12-電解液池13-泵 14-電池殼 15-端電極 16-引出電極A-表示一個電池單元具體的實施方式兩個電解液池12和若干層的電池單元組成，電解液池12分別盛放陽、陰極電解液9、10，陽極電解液9含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的(VO2)2SO4溶液(最佳為2mol/L)，餘量為水；陰極電解液10含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的VSO4溶液(最佳為2mol/L)，餘量為水。所述的若干層電池單元疊加在一起，每個電池單元由雙極性電極3、氈膜4、流動框架2、隔膜1、流動框架2、氈膜4、雙極性電極3依次疊加而成，隔膜1將單電池分開成陽、陰兩個半單元；每個電解液池12配有一個泵13，以密封管道11與每一個半單元相連；流動框架2為密封管道11流經每個半單元的通道，將陽、陰電解液池12分別與陽陰半單元連通。(見附圖1)當已貯存能量的電解液在每一層的電池單元中流動時，電子就有流動到外部電路的趨勢，接通外部電路就會產生電流，這就是放電過程。當外部電路將電流強加到電池時，相反的過程發生了，這就是給電池單元的電解液充電，然後再由泵輸送回電解液池。(見附圖2)
權利要求1.釩離子液流蓄電池，其特徵在於由兩個電解液池和若干層的電池單元組成，電解液池分別盛放陽、陰極釩離子電解液，所述的若干層電池單元疊加在一起，每個電池單元由雙極性電極、氈膜、流動框架、隔膜、流動框架、氈膜、雙極性電極依次疊加而成，隔膜將單電池分開成陽、陰兩個半單元；每個電解液池配有一個泵，以密封管道與每一個半單元相連；流動框架為密封管道流經每個半單元的通道，將陽、陰電解液池分別與陽陰半單元連通。
專利摘要釩離子液流蓄電池，傳統的鉛酸、鎳鎘等蓄電池因功率和能量強烈地依賴於極板面積和活性物質等的量，且使用壽命短、充放電時間長、汙染大。本實用新型屬於新能源領域中的液流電池技術，在電化學原理上，以液態的釩離子為活性物質，使不同化合價的釩離子發生氧化還原反應而貯存或釋放電能，耐深充深放、壽命長，並且是一種清潔的貯能裝置，應用廣泛。
文檔編號H01M10/36GK2786802SQ20052004976
公開日2006年6月7日 申請日期2005年4月15日 優先權日2005年4月15日
發明者宋永江 申請人:長沙豐日電氣集團有限公司