專利名稱：釩離子液流蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域的液流電池，特別是一種釩離子液流蓄電池。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有蓄電池大多因活性物質(zhì)的軟化、脫落等問題而導(dǎo)致電池失效，因其活性物質(zhì)均為固態(tài)，如鉛酸蓄電池陽二氧化鉛、陰海綿鉛。它們制造方式為金屬鉛磨成粉后加水加硫酸調(diào)制成鉛膏，然后涂敷在鉛板柵上，通過固化、干燥、化成等工序后，陽陰極分別生成二氧化鉛(PbO2)、海綿鉛(Pb)，這些活性物質(zhì)必須與鉛板柵牢牢結(jié)合在一起，才能在它們發(fā)生能量轉(zhuǎn)換時起到電子輸送的目的。從其反應(yīng)方程式
可以看出反應(yīng)中伴隨著反應(yīng)物質(zhì)的狀態(tài)變化，而三種固體物質(zhì)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(zhì)軟化、脫落，一般蓄電池經(jīng)過幾百次充放電循環(huán)后就會失效。現(xiàn)有蓄電池因活性物質(zhì)為固態(tài)，活性物質(zhì)、電極與電解液必須在一起才能發(fā)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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以耐深度充放電、高倍率放電及循環(huán)壽命長，并可實現(xiàn)瞬間充電，可作后備型、儲能型及牽引型電源的釩離子液流蓄電池。
本發(fā)明的目的是通過下述方式實現(xiàn)的本發(fā)明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(jīng)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，余量為水；陰極電解液含8-10mol/L的H2SO4及1～2mol/L的VSO4溶液，余量為水。
陽極電解液含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的(VO2)2SO4溶液為較佳，余量為水。
陰極電解液含9mol/L的H2SO4及2mol/L的VSO4溶液為最佳，余量為水。
當(dāng)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(chǎn)生電流，這就是放電過程。當(dāng)外部電路將電流強加到電池時，相反的過程發(fā)生了，這就是給電池單元的電解液充電，然后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(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置，它的電解液是由五氧化二釩溶解在硫酸溶液內(nèi)而成。由于這個電化學(xué)反應(yīng)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(xué)能相互轉(zhuǎn)換。(見附圖3)?；瘜W(xué)反應(yīng)表達式陰極陽極電池額定電壓為1.2V/單元，電池在25℃下，1mol/L的活性物質(zhì)濃度時，標(biāo)準(zhǔn)電壓為1.26V/單元。該電池的陽陰電解液都采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。
本發(fā)明的一個最重要的特點是，峰值功率取決于電池堆的總表面積，而電池的電量則取決于電解液的多少。電池的活性物質(zhì)為液態(tài)，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(lián)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。
本發(fā)明的電池活性物質(zhì)為液態(tài)，整個反應(yīng)中均為液相，不存在活性物質(zhì)軟化、脫落問題，因此可以耐深度充放電、高倍率放電及循環(huán)壽命長，并可以用更換溶液的方式進行充電，實現(xiàn)瞬間充電。所以該類電池可作后備型、儲能型及牽引型電源，應(yīng)用范圍很廣。如用于劇院、醫(yī)院等需要緊急照明的地方；為潛艇、遠(yuǎn)洋輪船提供電力等；可用于電動汽車、潛艇等交通工具，可作為邊遠(yuǎn)地區(qū)的儲能及發(fā)電系統(tǒng)；可用于通訊、鐵路和無線電轉(zhuǎn)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(fā)電系統(tǒng)的配套儲能裝置以及用于電網(wǎng)調(diào)峰。該類電池是一種清潔無污染、可再生能源，沒有對人體產(chǎn)生危害的鉛、鎘、汞等重金屬。


圖1為本發(fā)明電池單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明原理示意圖。
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)，余量為水；陰極電解液10含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的VSO4溶液(最佳為2mol/L)，余量為水。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(jīng)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(dāng)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(chǎn)生電流，這就是放電過程。當(dāng)外部電路將電流強加到電池時，相反的過程發(fā)生了，這就是給電池單元的電解液充電，然后再由泵輸送回電解液池。(見附圖2)
權(quán)利要求
1.釩離子液流蓄電池，其特征在于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(jīng)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩離子液流蓄電池，其特征在于所述的陽極電解液含8-10mol/L的H2SO4及1～2mol/L的(VO2)2SO4溶液，余量為水；陰極電解液含8-10mol/L的H2SO4及1～2mol/L的VSO4溶液，余量為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩離子液流蓄電池，其特征在于陽極電解液含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的(VO2)2SO4溶液，為較佳，余量為水；陰極電解液含9mol/L的H2SO4及1～2mol/L的VSO4溶液為較佳，，余量為水；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩離子液流蓄電池，其特征在于陽極電解液含9mol/L的H2SO4及2mol/L的(VO2)2SO4溶液為最佳，余量為水；陰極電解液含9mol/L的H2SO4及2mol/L的VSO4溶液為最佳，余量為水。
全文摘要
釩離子液流蓄電池，傳統(tǒng)的鉛酸、鎳鎘等蓄電池因功率和能量強烈地依賴于極板面積和活性物質(zhì)等的量，且使用壽命短、充放電時間長、污染大。本發(fā)明屬于新能源領(lǐng)域中的液流電池技術(shù)，在電化學(xué)原理上，以液態(tài)的釩離子為活性物質(zhì)，使不同化合價的釩離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)而貯存或釋放電能，耐深充深放、壽命長，并且是一種清潔的貯能裝置，應(yīng)用廣泛。
文檔編號H01M10/36GK1848506SQ20051003145
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者宋永江 申請人:長沙豐日電氣集團有限公司