一種鋅鎳液流電池結(jié)構(gòu)及鋅鎳液流電池系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋅鎳液流電池結(jié)構(gòu)及包含其的電池系統(tǒng)，所述電池由單電池或二節(jié)以上的單電池組成的電池模塊、以及電池兩側(cè)的正、負(fù)極端板組成，單電池按順序依次包括正極集流體、正極、正極流場(chǎng)板、負(fù)極。所述的電池系統(tǒng)由電池、循環(huán)泵和管路組成，電解液填充于電池內(nèi)的流道中，電池的電解液進(jìn)口和出口通過(guò)管路經(jīng)循環(huán)泵相連，電池充放電時(shí)，電解液在循環(huán)泵的作用下通過(guò)管路在單電池或電池模塊內(nèi)部進(jìn)行自循環(huán)。該電池正極兩側(cè)設(shè)置雙側(cè)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，并采用內(nèi)置電解液循環(huán)的設(shè)計(jì)，舍棄了外置電解液儲(chǔ)存罐，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密度高、功率密度高、加工及制造工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種鋅鏡液流電池結(jié)構(gòu)及鋅鏡液流電池系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋅鎳單液流電結(jié)構(gòu)及鋅鎳液流電池系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]鋅鎳液流儲(chǔ)能電池是一種新型的低成本、高效率、環(huán)境友好型的液流儲(chǔ)能電池，具有能量密度和電流效率高、裝置簡(jiǎn)單易操縱、使用壽命長(zhǎng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰、風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。鋅鎳液流儲(chǔ)能電池電解液是流動(dòng)的鋅酸鹽堿性溶液，電池中不使用離子交換膜，通過(guò)電池腔內(nèi)離子的自由流動(dòng)與外電路電子的定向運(yùn)動(dòng)構(gòu)成電流回路。但目前仍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電池運(yùn)行電流密度較低10-20mA/cm2的問(wèn)題,與同類型的全鑰;液流電池80mA/cm2相差甚遠(yuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)筑雙側(cè)流動(dòng)的正極電解液供給，改善正極的物質(zhì)傳遞，提高電池的運(yùn)行電流密度。同時(shí)，通過(guò)電池殼體內(nèi)部電解液的自循環(huán)，舍棄外置電解液儲(chǔ)罐，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種鋅鎳單液流電結(jié)構(gòu)及鋅鎳液流電池系統(tǒng)，所述電池由單電池或二節(jié)以上的單電池組成的電池模塊、以及電池兩側(cè)的正、負(fù)極端板組成，單電池按順序依次包括正極集流體、正極、正極流場(chǎng)板、負(fù)極。
[0005]所述單電池按順序依次由正極集流體、正極、正極流場(chǎng)板、負(fù)極疊合組成，其中正極集流體靠近正極一側(cè)刻有流道結(jié)構(gòu)，流道深度0.l_2cm，流道結(jié)構(gòu)為蛇形、點(diǎn)狀、叉指型或直線形。
[0006]所述單電池按順序依次由正極集流體、正極流場(chǎng)板1、正極、正極流場(chǎng)板2和負(fù)極疊合組成；其中正極集流體和正極流場(chǎng)板I采用材料為導(dǎo)電金屬或碳材料，正極流場(chǎng)板2采用材料為不導(dǎo)電材料PVC、PTFE、PP或PC。
[0007]所述的正極流場(chǎng)板上的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)為鏤空流場(chǎng)、即流場(chǎng)的流道沿深度方向貫穿流場(chǎng)板，流道深度與板厚度相同為0.l-2cm，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)為蛇形、點(diǎn)狀、叉指型或直線形。
[0008]所述正極集流體為導(dǎo)電金屬或碳材料，正極流場(chǎng)板材質(zhì)為不導(dǎo)電材料PVC、PTFE,PP或PC。正極中的正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳和羥基氧化鎳。負(fù)極為沉積型電極，材質(zhì)為析氫過(guò)電位較高的金屬，鋅、鉛或鎘。
[0009]電池系統(tǒng)由電池、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵和管路組成，儲(chǔ)液罐內(nèi)裝填有電解液，儲(chǔ)液罐通過(guò)管路分別與電池的電解液進(jìn)口和出口相連，于儲(chǔ)液罐與電池的電解液進(jìn)口或出口管路上設(shè)有循環(huán)泵；電池充放電時(shí)，電解液經(jīng)由循環(huán)泵在單電池或電池模塊與儲(chǔ)液罐間循環(huán)。
[0010]電池系統(tǒng)由電池、循環(huán)泵和管路組成，舍棄了儲(chǔ)液罐，電解液填充于電池內(nèi)的流道中，電池的電解液進(jìn)口和出口通過(guò)管路經(jīng)循環(huán)泵相連，電池充放電時(shí)，電解液在循環(huán)泵的作用下通過(guò)管路在單電池或電池模塊內(nèi)部進(jìn)行自循環(huán)。
[0011]本發(fā)明的有益效果:[0012]本發(fā)明針對(duì)鋅鎳液流電池?zé)o法大電流充放電的缺點(diǎn)，通過(guò)構(gòu)筑雙側(cè)流動(dòng)的正極電解液供給，改善正極的物質(zhì)傳遞，提高了電池的運(yùn)行電流密度至80mA/cm2。同時(shí)，通過(guò)電池內(nèi)部電解液的自循環(huán)，舍棄外置電解液儲(chǔ)罐，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]1.圖1為實(shí)施例1所述電池結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)示意圖；
[0014]1-負(fù)極端板；2_正極端板；3_泵；4_管路；5_負(fù)極；6_正極集流體；7_正極流場(chǎng)板；8_正極
[0015]2.圖2為實(shí)施例2所述電池結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)示意圖；
[0016]1-負(fù)極端板；2_正極端板；3_泵；4—儲(chǔ)液罐；5_管路；6_負(fù)極；7_正極集流體；8-正極流場(chǎng)板；9_正極
[0017]3.圖3為實(shí)施例3所述電池結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)示意圖；
[0018]1-負(fù)極端板；2_正極端板；3_泵；4_管路；5_負(fù)極；6_正極集流體；7_正極流場(chǎng)板2 ;8_正極；9_正極流場(chǎng)板I。
[0019]圖4為電池系統(tǒng)循環(huán)性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
[0021]電池結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)由圖1所示,依次由負(fù)極端板、負(fù)極、正極流場(chǎng)板、正極、正極集流體、正極端板組成；電池系統(tǒng)由電池、循環(huán)泵和管路組成，電解液填充于電池內(nèi)的流道中，電池的電解液進(jìn)口和出口通過(guò)管路經(jīng)循環(huán)泵相連，電池充放電時(shí)，電解液在循環(huán)泵的作用下通過(guò)管路在單電池或電池模塊內(nèi)部進(jìn)行自循環(huán)。
[0022]正負(fù)極有效面積10*10cm ;正極集流體材質(zhì)為石墨，電池正極集流體設(shè)有蛇形流場(chǎng)，流道深度0.4cm ;正極流場(chǎng)板材質(zhì)為PE，厚度0.6cm，流道為蛇形設(shè)計(jì)；負(fù)極為鋅板。
[0023]實(shí)施例2
[0024]電池結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)由圖2所示，電池依次由負(fù)極端板、負(fù)極、正極流場(chǎng)板、正極、正極集流體、正極端板組成；電池系統(tǒng)由電池、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵和管路組成,儲(chǔ)液罐內(nèi)裝填有電解液，儲(chǔ)液罐通過(guò)管路分別與電池的電解液進(jìn)口和出口相連，于儲(chǔ)液罐與電池的電解液進(jìn)口或出口管路上設(shè)有循環(huán)泵；電池充放電時(shí)，電解液經(jīng)由循環(huán)泵在單電池或電池模塊與儲(chǔ)液罐間循環(huán)。
[0025]正負(fù)極有效面積10*10cm ;正極集流體材質(zhì)為石墨，電池正極集流體設(shè)有叉指形流場(chǎng)，流道深度0.6cm ;正極流場(chǎng)板材質(zhì)為PVC，厚度0.4cm,流道為直線形設(shè)計(jì)；負(fù)極為鎳板；電解液儲(chǔ)罐儲(chǔ)存40ml電解液。
[0026]實(shí)施例3
[0027]電池結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)由圖3所示，電池依次由負(fù)極端板、負(fù)極、正極流場(chǎng)板1、正極、正極流場(chǎng)板2、正極集流體、正極端板組成；電池系統(tǒng)由電池、循環(huán)泵和管路組成，電解液填充于電池內(nèi)的流道中，電池的電解液進(jìn)口和出口通過(guò)管路經(jīng)循環(huán)泵相連，電池充放電時(shí)，電解液在循環(huán)泵的作用下通過(guò)管路在單電池或電池模塊內(nèi)部進(jìn)行自循環(huán)。
[0028]正負(fù)極有效面積10*10cm ;正極集流體材質(zhì)為石墨，電池正極集流體設(shè)有蛇形流場(chǎng)，流道深度0.8cm ;正極流場(chǎng)板材質(zhì)為PC，厚度0.3cm，流道為蛇形設(shè)計(jì)；負(fù)極為鎳板。
[0029]實(shí)施例1-3的電池性能對(duì)比見(jiàn)表1
[0030]表1性能對(duì)比
【權(quán)利要求】
1.一種鋅鎳單液流電結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述電池由單電池或二節(jié)以上的單電池組成的電池模塊、以及電池兩側(cè)的正、負(fù)極端板組成，單電池按順序依次包括正極集流體、正極、正極流場(chǎng)板、負(fù)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述單電池按順序依次由正極集流體、正極、正極流場(chǎng)板、負(fù)極疊合組成，其中正極集流體靠近正極一側(cè)刻有流道結(jié)構(gòu)，流道深度0.l-2cm，流道結(jié)構(gòu)為蛇形、點(diǎn)狀、叉指型或直線形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述單電池按順序依次由正極集流體、正極流場(chǎng)板1、正極、正極流場(chǎng)板2和負(fù)極疊合組成；其中正極集流體和正極流場(chǎng)板I采用材料為導(dǎo)電金屬或碳材料，正極流場(chǎng)板2采用材料為不導(dǎo)電材料PVC、PTFE, PP或PC。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的正極流場(chǎng)板上的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)為鏤空流場(chǎng)、即流場(chǎng)的流道沿深度方向貫穿流場(chǎng)板，流道深度與板厚度相同為0.l_2cm，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)為蛇形、點(diǎn)狀、叉指型或直線形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一所述的電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述正極集流體為導(dǎo)電金屬或碳材料，正極流場(chǎng)板材質(zhì)為不導(dǎo)電材料PVC、PTFE, PP或PC。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:正極中的正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳和羥基氧化鎳。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池結(jié)構(gòu)，其特征在于:負(fù)極為沉積型電極，材質(zhì)為析氫過(guò)電位較高的金屬，鋅、鉛或鎘。
8.—種如權(quán)利要求1所述的鋅鎳液流電池系統(tǒng)，其特征在于:所述電池系統(tǒng)由權(quán)利要求I所述的電池、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵和管路組成，儲(chǔ)液罐內(nèi)裝填有電解液，儲(chǔ)液罐通過(guò)管路分別與電池的電解液進(jìn)口和出口相連，于儲(chǔ)液罐與電池的電解液進(jìn)口或出口管路上設(shè)有循環(huán)泵；電池充放電時(shí)，電解液經(jīng)由循環(huán)泵在單電池或電池模塊與儲(chǔ)液罐間循環(huán)。
9.一種如權(quán)利要求1所述的鋅鎳液流電池系統(tǒng)，其特征在于:電池由權(quán)利要求1所述的電池、電解液、循環(huán)泵和管路組成，電解液填充于電池內(nèi)的流道中，電池的電解液進(jìn)口和出口通過(guò)管路經(jīng)循環(huán)泵相連，電池充放電時(shí)，電解液在循環(huán)泵的作用下通過(guò)管路在單電池或電池模塊內(nèi)部進(jìn)行自循環(huán)。
【文檔編號(hào)】H01M8/18GK103887539SQ201210560255
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】賴勤志, 張華民, 程元徽 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所