熔融鹽儲(chǔ)能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學(xué)電池，具體地說(shuō)是一種熔融鹽儲(chǔ)能電池，特別是涉及一種基于電解精煉金屬電解槽的熔融鹽儲(chǔ)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)能源的日益匱乏和環(huán)境的日趨惡化，極大的促進(jìn)了新能源的發(fā)展，新能源發(fā)電的規(guī)模也快速攀升，在中國(guó)新能源發(fā)電量占總發(fā)電量的比例已超過(guò)20 %。
[0003]隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源和智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起以及風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源的重新部署，大大增加了對(duì)低成本、長(zhǎng)壽命、大規(guī)模的儲(chǔ)能電池的需求。
[0004]至今為止，人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種儲(chǔ)能技術(shù)。主要分為物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能兩大類。物理儲(chǔ)能主要包括抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能和超導(dǎo)磁儲(chǔ)能?；瘜W(xué)儲(chǔ)能包括鉛酸電池、液流儲(chǔ)能電池、二次電池和鈉硫電池。其中電池儲(chǔ)能是比較理想的儲(chǔ)能方式，具有效率高、易用、干凈、方便的優(yōu)點(diǎn)。但鉛酸電池、液流儲(chǔ)能電池、二次電池和鈉硫電池等傳統(tǒng)電池不適合大規(guī)模儲(chǔ)能場(chǎng)合的應(yīng)用。
[0005]由電化學(xué)基本原理可知，在某種程度上，電池儲(chǔ)能與電解可以認(rèn)為是相反的過(guò)程。熔融鹽在精煉制備高純鋁及其他金屬領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，是冶金行業(yè)的超級(jí)耗能大戶。因此，基于熔融鹽的電解工業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)高溫熔融鹽體系下的大規(guī)模儲(chǔ)能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于電解精煉金屬電解槽的熔融鹽儲(chǔ)能電池。
[0007]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的的，一種熔融鹽儲(chǔ)能電池，它包括槽體，槽體底部?jī)蛇叿謩e設(shè)有石墨負(fù)極、金屬負(fù)極和石墨正極、金屬正極，槽體中間設(shè)有絕緣隔板將兩者隔開(kāi)，正極導(dǎo)桿與石墨正極連接，負(fù)極導(dǎo)桿與石墨負(fù)極連接，并分別從槽體引出；所述金屬負(fù)極的電負(fù)性小于金屬正極的電負(fù)性，兩者之間的差值為0.34?1.54，電解質(zhì)覆蓋在金屬負(fù)極與金屬正極上面；所述熔融鹽儲(chǔ)能電池的充電電壓為3V?6V，放電電壓為IV?4Vo
[0008]為防止熔融后的金屬負(fù)極、金屬正極接觸，本發(fā)明所述絕緣隔板的高度高于金屬負(fù)極的液態(tài)層上部50 mm以上。
[0009]為便于金屬負(fù)極的金屬離子向電解質(zhì)、金屬正極擴(kuò)散，本發(fā)明所述金屬負(fù)極的液態(tài)層高度比正極金屬的液態(tài)層高度高50 mm?100 mm。
[0010]—種熔融鹽儲(chǔ)能電池，它包括槽體，從槽體底部向上依次設(shè)有石墨正極、金屬正極、電解質(zhì)、金屬負(fù)極和石墨負(fù)極，正極導(dǎo)桿與石墨正極連接，負(fù)極導(dǎo)桿與石墨負(fù)極連接，并分別從槽體引出，所述金屬負(fù)極的密度小于電解質(zhì)的密度，電解質(zhì)的密度小于金屬正極的密度；所述金屬負(fù)極的電負(fù)性小于金屬正極的電負(fù)性，兩者之間的差值為0.34?1.54，所述熔融鹽儲(chǔ)能電池的充電電壓為3V?6V，放電電壓為IV?4V。
[0011]本發(fā)明所述金屬負(fù)極的密度范圍為0.50?2.60g.cm3，金屬正極的密度范圍為2.70?13.59 g.cm 3，電解質(zhì)的密度范圍為2.61?3.0 g.cm 3。
[0012]本發(fā)明所述金屬正極為A1或Ζη或Ga或Cd或Hg或Sn或Pb或Sb或Bi或Te或Cu或Ti中的一種或合金；所述金屬負(fù)極為L(zhǎng)i或Na或Mg或K或Ca或Rb或Sr或Cs或Ba中的一種或合金。
[0013]本發(fā)明所述電解質(zhì)為金屬氯化物或金屬氟化物中的一種或組合。
[0014]本發(fā)明所述金屬氯化物包括LiCl、NaCl、KC1、MgCl2、CaCl2、SrCl2、HgCl2、CuCl2、BaCl2;所述金屬氟化物包括 LiF、NaF、KF、RbF、CsF、MgF 2、A1F3、ZnF2、CaF2、SrF2、PbF2、CdF2、BaF2o
[0015]本發(fā)明所述金屬負(fù)極的電子電導(dǎo)率和金屬正極的電子電導(dǎo)率均大于3S.cm沁溶融的電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率小于0.8 S.cm 'ο
[0016]為加強(qiáng)保溫效果，本發(fā)明所述槽體的內(nèi)壁設(shè)有保溫內(nèi)襯。
[0017]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明較好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的，制備了水平放置與豎直放置的熔融鹽儲(chǔ)能電池，特別是水平放置的熔融鹽儲(chǔ)能電池簡(jiǎn)化了電池槽結(jié)構(gòu)，減小了對(duì)電解質(zhì)密度的要求，方便加入電解質(zhì)，加快電解質(zhì)離子擴(kuò)散速度，提高了放電電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例1:
由圖1可知，一種熔融鹽儲(chǔ)能電池，它包括槽體3，槽體3底部?jī)蛇叿謩e設(shè)有石墨負(fù)極
7、金屬負(fù)極6和石墨正極9、金屬正極10，槽體3中間設(shè)有絕緣隔板8將兩者隔開(kāi)，正極導(dǎo)桿2與石墨正極9連接，負(fù)極導(dǎo)桿5與石墨負(fù)極7連接，并分別從槽體3兩側(cè)引出；所述金屬負(fù)極6的電負(fù)性小于金屬正極10的電負(fù)性，兩者之間的差值為0.34?1.54，電解質(zhì)1覆蓋在金屬負(fù)極6與金屬正極10上面；所述熔融鹽儲(chǔ)能電池的充電電壓為3V?6V，放電電壓為IV?4Vo
[0021]為防止熔融后的金屬負(fù)極6、金屬正極10接觸，本發(fā)明所述絕緣隔板8的高度高于金屬負(fù)極6的液態(tài)層上部50 mm以上。
[0022]為便于金屬負(fù)極6的金屬離子向電解質(zhì)1、金屬正極10擴(kuò)散，本發(fā)明所述金屬負(fù)極6的液態(tài)層高度比正極金屬10的液態(tài)層高度高50 mm?100 mm。
[0023]本發(fā)明所述金屬正極10為A1或Ζη或Ga或Cd或Hg或Sn或Pb或Sb或Bi或Te或Cu或Ti中的一種或合金；所述金屬負(fù)極6為L(zhǎng)i或Na或Mg或K或Ca或Rb或Sr或Cs或Ba中的一種或合金。
[0024]本發(fā)明所述電解質(zhì)1為金屬氯化物或金屬氟化物中的一種或組合。
[0025]本發(fā)明所述金屬氯化物包括LiCl、NaCl、KC1、MgCl2、CaCl2、SrCl2、HgCl2、CuCl2、BaCl2;所述金屬氟化物包括 LiF、NaF, KF、RbF、CsF、MgF 2、A1F3、ZnF2、CaF2、SrF2、PbF2、CdF2、BaF2o
[0026]本發(fā)明所述金屬負(fù)極6的電子電導(dǎo)率和金屬正極10的電子電導(dǎo)率均大于3S.cm \恪融的電解質(zhì)1的離子電導(dǎo)率小于0.8 S.cm 1 ο
[0027]為加強(qiáng)保溫效果，本發(fā)明所述槽體3的內(nèi)壁設(shè)有保溫內(nèi)襯4。
[0028]本實(shí)施例金屬正極10為Α1，其電子電導(dǎo)率為7.5S.cm S金屬負(fù)極6是Na，其電子電導(dǎo)率為4.2 S.cm \兩者電負(fù)性差為0.68，所用電解質(zhì)1為熔融NaCl，其離子電導(dǎo)率為0.6S.cm ^液態(tài)A1的高度為450 mm，液態(tài)Na的高度為500 mm。
[0029]本實(shí)施例熔融鹽儲(chǔ)能電池的制作過(guò)程是，首先將固態(tài)A1加入到石墨正極9上，固態(tài)Na加入到石墨負(fù)極7上，再將NaCl加入槽中覆蓋在固態(tài)A1和固態(tài)Na上。開(kāi)始加熱，溫度至810°C時(shí)，電解質(zhì)1、固態(tài)A1和固態(tài)Na開(kāi)始熔化，保溫30分鐘，待電解質(zhì)1、固態(tài)A1和固態(tài)Na完全熔化時(shí)，接通外電路先充電后放電，充電電壓為3.5V，放電電壓可達(dá)3.2V。
[0030]實(shí)施例2:
本實(shí)施例金屬正極10為Cu，其電子電導(dǎo)率為8.5S?cm \金屬負(fù)極6是Mg，其電子電導(dǎo)率為5.3 S^m1，兩者電負(fù)性差為0.59，所用電解質(zhì)1為按MgCl2:CuCl2=7:3的比例組成的混合電解質(zhì)，其離子電導(dǎo)率為0.43 S-cm'o液態(tài)Cu的高度為455 mm，液態(tài)Mg的高度為520
mm ο
[0031]本實(shí)施例熔融鹽儲(chǔ)能電池的制作過(guò)程是，首先將固態(tài)Cu加入到石墨正極9上，將固態(tài)Mg加入到石墨負(fù)極7上，再將MgCljP CuCl 2組成的混合電解質(zhì)加入槽中覆蓋在固態(tài)Cu和固態(tài)Mg上，開(kāi)始加熱，溫度至700°C時(shí)，電解質(zhì)1、固態(tài)Cu和固態(tài)Mg開(kāi)始熔化，保溫30分鐘，待電解質(zhì)1、固態(tài)Cu和固態(tài)Mg完全熔化時(shí)，接通外電路先充電后放電，充電電壓為
3.1V，放電電壓可達(dá)2.9V。
[0032]余同實(shí)施例1。
[0033]實(shí)施例3:
本實(shí)施例金屬正極10為按Al:Zn=l: 1的比例組成的合金，其電子電導(dǎo)率為6.5S*cm \金屬負(fù)極6是Li，其電子電導(dǎo)率為3.3 S*cm\兩者電負(fù)性差為0.65，所用電解質(zhì)1為按LiF:AlF3:ZnF2=6:3:l的比例組成的混合電解質(zhì)，其離子電導(dǎo)率為0.32 S-cm'o液態(tài)鋁鋅合金的高度為460 mm，液態(tài)Li的高度為525 mm。
[0034]本實(shí)施例熔融鹽儲(chǔ)能電池的制作過(guò)程是，首先將固態(tài)鋁鋅合金加入到石墨正極9