一種鉛酸-全釩混合儲能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鉛酸-全釩混合儲能電池，包括依次設(shè)置的正極、正極電解液腔、隔膜、負極電解液腔、負極，正極為PbO2電極，負極為鉛電極，正極電解液腔中充裝有四價釩的酸溶液作為正極電解液，正極電解液腔中充裝有三價釩的酸溶液作為負極電解液。通過采用鉛酸電池的電極和全釩液流電池的電解液，結(jié)合鉛酸電池與全釩液流電池的電化學(xué)成流反應(yīng)，將二者有機結(jié)合，提高了電池容量和能量密度。
【專利說明】-種鉛酸-全釩混合儲能電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及儲能電池，具體地說是一種鉛酸-全釩混合儲能電池。

【背景技術(shù)】
[0002] 日前隨著世界能源供應(yīng)日趨短缺，人們開始對風(fēng)能、太陽能等可再生能源的開發(fā) 和利用廣泛關(guān)注，但要保證太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定供電，就必須結(jié)合高 效、廉價、安全可靠的儲能技術(shù)與其配合，縱觀各種儲能技術(shù)，其中化學(xué)儲能方式的液流儲 能電池以其獨特的優(yōu)勢而成為目前最適宜大規(guī)模儲能的蓄電池之一。
[0003] 全釩液流儲能電池是一種低能耗、高效率、環(huán)境友好型的液流儲能電池，具有能量 密度和電流效率高、裝置簡單易操縱、使用壽命長、成本低廉等優(yōu)點，主要應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰、 風(fēng)能和太陽能等可再生能源發(fā)電、電動汽車等領(lǐng)域。
[0004] 但是目前的全釩液流儲能電池存在價格高、能量密度低的缺點，限制了其大規(guī)模 使用。
[0005] 鉛酸電池技術(shù)成熟，已有百年的發(fā)展歷史，目前在車用、起動用等領(lǐng)域有著廣泛的 應(yīng)用。但是鉛酸電池在大規(guī)模儲能領(lǐng)域由于其較低的容量，限制了應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明通過采用鉛酸電池的電極和全釩液流電池的電解液，結(jié)合鉛酸電池與全釩 液流電池的電化學(xué)成流反應(yīng)，將二者有機結(jié)合，提高了電池的電池容量和能量密度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于通過采用鉛酸電池的電極和全釩液流電池的電解液，結(jié)合鉛酸 電池與全釩液流電池的電化學(xué)成流反應(yīng)，將二者有機結(jié)合，提高電池容量和能量密度。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0009] -種鉛酸-全釩混合儲能電池，包括依次設(shè)置的正極、正極電解液腔、隔膜、負極 電解液腔、負極，正極為Pb0 2電極，負極為鉛電極，正極電解液腔中充裝有四價釩的酸溶液 作為正極電解液，負極電解液腔中充裝有三價釩的酸溶液作為負極電解液。
[0010] 電池充電時，正極首先發(fā)生四價釩至五價釩的氧化反應(yīng)，隨著四價釩的消耗，Pb02 逐步參與電化學(xué)成流反應(yīng)，生成PbS04 ;負極首先發(fā)生三價f凡至二價f凡的還原反應(yīng)，隨著三 價鑰;的消耗，Pb電極逐步參與電化學(xué)成流反應(yīng)，生成PbS04 ;
[0011] 放電時，正極首先發(fā)生PbS04至Pb02的氧化反應(yīng)，隨著PbS04的消耗，五價釩逐步 參與電化學(xué)成流反應(yīng)，生成四價釩；負極首先發(fā)生PbS04至Pb的還原反應(yīng)，隨著PbS04的消 耗，二價f凡逐步參與電化學(xué)成流反應(yīng)，生成三價鑰;。
[0012] 正極電解液為濃度0. l-4mol/L四價釩離子的酸溶液，負極電解液為濃度 0. l-4mol/L三價釩離子的酸溶液，所述酸溶液濃度為0. 5-5mol/L。
[0013] 所述酸為鹽酸、硫酸、磷酸或上述酸的混合體系；所述隔膜包括陽離子膜、陰離子 膜等致密膜或多孔膜。
[0014] 本發(fā)明的有益效果：
[0015] 1、通過采用鉛酸電池的電極和全釩液流電池的電解液，結(jié)合鉛酸電池與全釩液流 電池的電化學(xué)成流反應(yīng)，將二者有機結(jié)合，提高電池容量和能量密度。
[0016] 2、鉛酸-全釩混合儲能電池實際能量密度達到30Wh/kg，高于全釩液流儲能電池 的 15Wh/kg。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為鉛酸-全釩儲能電池結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-正極電解液腔、2-負極電解液腔、 3_泵、4-端板、5-隔膜、6-Pb0 2正極、7-鉛電極
[0018] 圖2為對比例與實施例1的電池充電電曲線對比；
[0019] 圖3為對比例與實施例2的電池充電電曲線對比；
[0020] 圖4為對比例與實施例3的電池充電電曲線對比。

【具體實施方式】
[0021] 下面的實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0022] 對比例
[0023] 全釩液流儲能電池：
[0024] 1)正負極米用5*5*0. 3cm碳毯；
[0025] 2)正極電解液采用30mL的1. 5mol mol/L四價f凡的3mol/L硫酸溶液；
[0026] 3)負極電解液采用30mL的1. 5mol mol/L三價f凡的3mol/L硫酸溶液；
[0027] 4)隔膜采用陽離子膜Nafionll5 ;
[0028] 5)電池充放電制度：80m A/cm2,充電截止電壓：1. 55V，放電截止電壓：1. 0V。
[0029] 實施例1
[0030] 鉛酸一全釩儲能電池：
[0031] 1)正極采用5*5cm Pb02電極；
[0032] 2)負極采用5*5cm Pb電極；
[0033] 3)正極電解液采用30mL的1. 5mol mol/L四價f凡的3mol/L硫酸溶液；
[0034] 4)負極電解液采用30mL的1. 5mol mol/L三價f凡的3mol/L鹽酸溶液；
[0035] 5)隔膜米用陽尚子膜Nafionll5 ;
[0036] 6)電池充放電制度：80m A/cm2,充電截止電壓：2. 2V，放電截止電壓：1. 0V。
[0037] 根據(jù)圖2的充放電曲線計算可知：鉛酸-全釩儲能電池在電池體積相同時，充電時 間延長一倍，放電時間也相應(yīng)延長，具有更高的容量。同時，鉛酸-全釩儲能電池在80m Α/ cm2下運行，能量效率為80. 5%。
[0038] 實施例2
[0039] 鉛酸一全釩儲能電池：
[0040] 7)正極米用5*5cm Pb02電極；
[0041] 8)負極米用5*5cm Pb電極；
[0042] 9)正極電解液采用30mL的1. 5mol mol/L四價f凡的3mol/L磷酸溶液；
[0043] 10)負極電解液采用30mL的1. 5mol mol/L三價f凡的3mol/L硫酸溶液；
[0044] 11)隔膜采用陽離子膜Nafionll5 ;
[0045] 12)電池充放電制度：80m A/cm2,充電截止電壓：2. 2V，放電截止電壓：1. 0V。
[0046] 根據(jù)圖3的充放電曲線計算可知：鉛酸-全釩儲能電池在80m A/cm2下運行，能量 效率為80. 7%。
[0047] 實施例3
[0048] 鉛酸一全釩儲能電池：
[0049] 13)正極米用 5*5cm Pb02 電極；
[0050] 14)負極米用5*5cm Pb電極；
[0051] 15)正極電解液采用30mL的1. 5mol mol/L四價釩的3mol/L鹽酸溶液；
[0052] 16)負極電解液采用30mL的1. 5mol mol/L三價f凡的3mol/L磷酸溶液；
[0053] 17)隔膜采用陽離子膜Nafionll5 ;
[0054] 18)電池充放電制度：80m A/cm2,充電截止電壓：2. 2V，放電截止電壓：1. 0V。
[0055] 根據(jù)圖4的充放電曲線計算可知：鉛酸-全釩儲能電池在80m A/cm2下運行，能量 效率為81. 7%。
【權(quán)利要求】
1. 一種鉛酸-全釩混合儲能電池，包括依次設(shè)置的正極、正極電解液腔、隔膜、負極電 解液腔、負極，其特征在于：正極為Pb0 2電極，負極為鉛電極，正極電解液腔中充裝有四價釩 的酸溶液作為正極電解液，負極電解液腔中充裝有三價釩的酸溶液作為負極電解液。
2. 如權(quán)利要求1所述的鉛酸-全釩混合儲能電池，其特征在于： 電池充電時，正極首先發(fā)生四價釩至五價釩的氧化反應(yīng)，隨著四價釩的消耗，Pb02逐步 參與電化學(xué)成流反應(yīng)，生成PbS04 ;負極首先發(fā)生三價f凡至二價f凡的還原反應(yīng)，隨著三價鑰； 的消耗，Pb電極逐步參與電化學(xué)成流反應(yīng)，生成PbS04 ; 放電時，正極首先發(fā)生PbS04至Pb02的氧化反應(yīng)，隨著PbS04的消耗，五價釩逐步參與 電化學(xué)成流反應(yīng)，生成四價釩；負極首先發(fā)生PbS04至Pb的還原反應(yīng)，隨著PbS04的消耗，二 價鑰;逐步參與電化學(xué)成流反應(yīng)，生成三價鑰;。
3. 如權(quán)利要求1所述的鉛酸-全釩混合儲能電池，其特征在于：正極電解液為濃度 0. l-4mol/L四價釩離子的酸溶液，負極電解液為濃度0. l-4mol/L三價釩離子，所述酸溶液 濃度為 〇· 5_5mol/L。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的鉛酸-全釩混合儲能電池，其特征在于：所述酸為鹽酸、硫 酸、磷酸中的一種或二種以上上述酸的混合體系。
5. 如權(quán)利要求1所述的超級鉛酸-全釩混合儲能電池，其特征在于：所述隔膜包括致 密膜或多孔膜，所述致密膜為陽離子膜或陰離子膜。
【文檔編號】H01M10/36GK104143660SQ201310167808
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】賴勤志, 張華民, 程元徽 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所