1.一種鋰硫液流電池,包括依次間隔設(shè)置的正極、隔膜、負極,于負極和隔膜之間具有裝填負極電解液的負極電解液流道,于正極和隔膜之間具有裝填正極電解液的正極電解液流道,正極電解液流道上設(shè)有正極電解液入口和正極電解液出口,正極電解液入口與正極電解液出口通過管路分別與正極電解液儲罐相連通,于正極電解液流道與正極電解液儲罐相連通的管路上設(shè)有固定床反應(yīng)器,流經(jīng)管路中的正極電解液從固定床反應(yīng)器的入口流入、從固定床反應(yīng)器的出口流出,負極活性物質(zhì)為金屬鋰或鋰合金;其特征為:正極活性物質(zhì)是不溶于電解液的單質(zhì)硫或含硫化合物,裝填在位于電池(堆)外部的固定床反應(yīng)器中;電池的正極電解液中含有兩種可溶性的電子中繼體1和電子中繼體2,并儲存在電池(堆)外部的正極電解液儲罐中;電池放電時,電子中繼體1隨正極電解液經(jīng)泵的作用流經(jīng)電池(堆)的正極表面得到電子被還原;還原態(tài)的電子中繼體1經(jīng)泵的作用流經(jīng)固定床反應(yīng)器,將其中的單質(zhì)硫或含硫化合物還原成硫化鋰,同時生成氧化態(tài)的電子中繼體1;氧化態(tài)的電子中繼體1經(jīng)泵的作用再次流經(jīng)電池(堆)的正極被還原;如此反復(fù),直至固定床反應(yīng)器中所有的硫或含硫化合物都被還原成硫化鋰;這一過程中,負極發(fā)生金屬鋰的溶解或鋰從合金中的脫出反應(yīng),失去電子,被氧化,鋰離子經(jīng)負極電解液通過離子交換膜傳遞至正極;電池充電時,電子中繼體2隨正極電解液經(jīng)泵的作用流經(jīng)電池(堆)的正極表面失去電子被氧化,氧化態(tài)的電子中繼體2經(jīng)泵的作用流經(jīng)固定床反應(yīng)器將硫化鋰氧化成硫或含硫化合物,同時生成還原態(tài)的電子中繼體2;還原態(tài)的電子中繼體2經(jīng)泵的作用再次流經(jīng)電池(堆)的正極被氧化,如此反復(fù),直至所有的硫化鋰被氧化為硫或含硫化合物;這一過程中,鋰離子經(jīng)正極電解液通過離子交換膜傳遞至負極電解液,在負極表面發(fā)生金屬鋰的沉積或鋰在合金中的嵌入反應(yīng);
溶解于正極電解液中的電子中繼體1可以是芳香類衍生物二苯甲酮、偶氮苯、1,4苯醌、硝基苯、雙(五甲基環(huán)戊二烯)鈷、喹啉類、金屬酞菁配合物或金屬卟啉配合物中的一種或二種以上;
溶解于正極電解液中的電子中繼體2可以是茂金屬衍生物、三芳胺衍生物、吩噻嗪衍生物、咔唑衍生物或過渡金屬絡(luò)合物中的一種或二種以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硫液流電池,其特征為:其中所述的正極活性物質(zhì)單質(zhì)硫可以是正交硫、單斜硫、斜方硫、彈性硫、聚合硫中的一種或二種以上;
其中所述的正極活性物質(zhì)含硫化合物可以是無機金屬硫化物、有機硫化物或它們中二種以上硫化物的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰硫液流電池,其特征為:其中所述的無機金屬硫化物的陽離子可以是Fe2+、Fe3+、Ni2+、Ni3+、Ti4+、Cu+、Cu2+、Co2+、W4+、Mo4+中的一種或二種以上;
其中所述的有機硫化物包括硫醇、硫酚、硫醚、二巰基硫化物、多硫化物、硫化聚合物中的一種或二種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰硫液流電池,其特征為:其中所述的硫化聚合物包括硫與聚丙烯腈、聚吡咯、聚噻吩、聚對苯、聚苯基乙炔、聚苯胺、聚苯硫醚于300-400℃熱處理形成的硫化聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硫液流電池,其特征為:其中所述的固定床反應(yīng)器與電解液儲罐是分體的,即固定床反應(yīng)器用于承載正極活性物質(zhì),固定床反應(yīng)器中裝載或不裝載催化劑、設(shè)置或不設(shè)置溫度控制裝置;儲罐用于儲存正極電解液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰硫液流電池,其特征為:所述的固定床反應(yīng)器中所裝載的催化劑可以是聚乙二醇類化合物,如聚乙二醇、聚乙二醇單醚、聚乙二醇雙醚、聚乙二醇單醚單酯中的一種或二種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硫液流電池,其特征為:其中所述的鋰合金可以是鋰與Mg、Ca、Al、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Pt、Ag、Au、Zn、Cd、Hg中的一種或二種以上金屬的合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硫液流電池,其特征為:其中所述的正極電解液包含鋰鹽、有機溶劑、電子中繼體1和電子中繼體2;
條件是正極電解液中的各物質(zhì)相互之間不發(fā)生反應(yīng),電子中繼體1和電子中繼體2的濃度為1mmol/L~電子中繼體在溶劑中的溶解度,且要求兩種電子中繼體的質(zhì)量比滿足兩種電子中繼體的充放電容量之比為1:1;
其中所述的鋰鹽可以是LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF)2、LiC(SO2CF3)3、Li[N(SO2C4F9)(SO2F)]、LiAlO4、LiAlCl4、LiCl、LiI、雙草酸硼酸鋰中的一種或二種以上的混合物;
其中所述的溶劑可以是非質(zhì)子極性溶劑碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯;1,3二氧戊環(huán)、乙二醇二甲醚;丙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮;乙腈、丙腈;二甲基砜、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺,或非質(zhì)子非極性溶劑四氫呋喃、乙酸乙酯中的一種或二種以上的混合溶劑;
其中所述的溶解于正極電解液中的電子中繼體1的氧化還原平衡電極電勢的范圍為+0.5-+1.5V vs.Li+/Li;其中所述的溶解于正極電解液中的電子中繼體2的氧化還原平衡電極電勢的范圍為+2.5-+5V vs.Li+/Li;
其中所述的負極電解液包含鋰鹽和有機溶劑;并且所用溶劑和鋰鹽的種類和正極電解液的溶劑和鋰鹽一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硫液流電池,其特征為:所述喹啉類為甲基喹啉、二甲基喹啉或四氰基喹啉并二甲烷;金屬酞菁配合物為酞菁銅或酞菁鋅;金屬卟啉配合物為鐵卟啉、鎂卟啉或鈷卟啉;
茂金屬衍生物為二茂鐵、二茂鈷或二溴二茂鐵;三芳胺衍生物為三對甲苯胺或N,N’-二苯基-N,N’-二間甲苯基-1,1’-聯(lián)苯-4,4’-二胺;吩噻嗪衍生物為氯丙嗪、甲硫達嗪或三氟拉嗪;咔唑衍生物為9-乙基咔唑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硫液流電池,其特征為:包括電池(堆)、溶液儲存(正極活性物質(zhì)承載反應(yīng)器)及輸運系統(tǒng)、電控系統(tǒng)三個部分;
其中所述的電池堆由二個以上的單體電池按照壓濾機方式組裝而成,每個 單體電池包括依次疊合的電池端板、聚四氟密封墊、正極集流體、正電極、鋰離子選擇性透過隔膜、負極、負極集流體、電池端板;
所述的正極集流體,可以是鋁板、石墨板、不銹鋼板中的一種或二種以上組合;
所述的正極集流體表面,需加工蛇形或交指形流道;
所述的正電極,可以是石墨氈、碳氈、碳紙、碳布中的一種或二種以上的組合;
所述的負極集流體,可以是銅板、不銹鋼板中的一種或二種的組合;
所述的鋰離子選擇性透過隔膜,可以是鋰磷氧氮化物玻璃或硫代磷酸鋰玻璃、NASICON型鋰導(dǎo)電玻璃陶瓷或Garnet型鋰導(dǎo)電玻璃陶瓷或陶瓷納米過濾膜或鋰離子聚合物膜中的一種或二種以上組合;
所述的鋰硫液流電池溶液儲存及輸運系統(tǒng),包括電解液儲罐、泵、管線和閥門;
所述的鋰硫液流電池電控系統(tǒng),包括充電電源或充電控制器;
所述的電控系統(tǒng)用于控制電池(堆)的充電,溶液儲存及輸運系統(tǒng)暫時存儲活性物質(zhì)和將活性物質(zhì)輸送到電池(堆)中進行電化學氧化還原反應(yīng),兩部分均位于電池(堆)的外部。