CN105742656B - 一种锌碘液流电池 - Google Patents

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Abstract

一种锌碘液流电池，电池由电池模块、正极电解液储液罐、负极电解液储液罐、循环泵、循环管路组成；电池模块由一节或二节以上单电池串联而成，单电池包括正负极端板、正极、负极和隔膜，负极氧化还原电对为Zn2+/Zn，正极氧化还原电对为I3 ‑/I‑。电池的能量密度高，同时具有循环寿命长、成本低、结构及制造工艺简单的特点。

Description

一种锌碘液流电池
技术领域
本发明涉及一种锌碘液流电池，可广泛应用于化学电源，电动汽车，电子工业和矿冶等领域。
技术背景
随着人口的不断增加和生活水平的日益提高，人们对能源的需求量猛增，传统的化石能源在不久的将来会满足不了人们的需求，因此风能、太阳能等可再生能源的开发和利用受到广泛关注。然而这些可再生能源具有不连续、不稳定、受地域环境限制和并网男的特性，导致其利用率低，弃风弃光率高，浪费资源。而储能技术通过能量的储存与释放可以提高可再生能源利用率和稳定性，是开发利用新能源的关键技术。
液流电池是一种适合于大规模储能的电化学储能技术，其特点是通过储存在电解液中的化学元素的价态变化实现能量的储存与释放。目前发展较为成熟的体系有全钒液流电池、锌铈液流电池、锌溴液流电池和多硫化钠溴液流电池等，但以上电池的能量密度较低，储存、运输及材料成本高，限制了其应用领域。
发明内容
为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
一种锌碘液流电池，单电池由正负极端板、正极、负极、隔膜、储液罐、管路、泵组成，其中负极氧化还原电对为Zn2+/Zn，正极氧化还原电对为I3 -/I-；充电时，电解液经由泵从储液罐输送至正极和负极，锌离子在负极还原为金属锌，I-离子在正极氧化为I3 -；放电时，锌单质在负极氧化为锌离子经由泵回到正极储液罐中；I3-离子在正极还原为I-离子，经由泵回到负极储液罐中。
电池由电池模块、电解液储液罐、循环泵、循环管路组成；电池模块由一节或一节以上单电池串联而成，单电池包括正负极端板、正极、负极和隔膜。
所述的正极正极和负极均采用板状或多孔状金属、碳材料，隔膜为离子交换膜，多孔膜或微孔膜。
正极电解液中的含I-离子活性物质为KI、LiI或NaI中的一种或两种以上，浓度范围0.1mol dm-3～饱和溶液；电解液中的含I3 -离子活性物质为单质碘溶于KI、LiI或NaI所形成，浓度范围0.1mol dm-3～5mol dm-3；也可以添加一些添加剂提高电解液的导电性，如K2SO4、KNO3、Na2SO4、和NaNO3中的一种或几种，浓度范围0.1mol dm-3～3mol dm-3。
负极电解液中的含锌离子活性物质为ZnSO4或Zn(NO3)2，浓度范围0.1mol dm-3～3mol dm-3；也可以添加一些添加剂提高电解液的导电性，如K2SO4、KNO3、Na2SO4、和NaNO3中的一种或几种，浓度范围0.1mol dm-3～3mol dm-3。
本发明的有益效果：
通过氧化还原电对的优选，提出了锌碘液流电池的概念，负极氧化还原电对为Zn2 +/Zn，正极氧化还原电对为I3 -/I-；而I3 -/I-电对的溶解度高(8mol L-1以上)，因此电池的能量密度高，同时具有循环寿命长、成本低、结构及制造工艺简单的特点。
附图说明
图1为单电池示意图；1、正极端板；2、负极端板；3、正极；4、负极；5、膜；6、7、泵；8、正极电解液储液罐；9、负极电解液储液罐。
图2为实施例制备的锌碘电池电池性能图。
具体实施方式
实施例
1.电解液配置：
正极电解液：水溶液40ml，其中含有0.1mol dm-3I2，1mol dm-3KI和0.03mol dm- 3LiI。
负极电解液：水溶液40ml，其中含有1mol dm-3ZnSO4。
2.电池组装：
单电池依次正极端板、正极(3x3cm2石墨毡)、隔膜(Nafion115)、负极(3x3cm2石墨毡)、负极端板；单电池结构及***见图1。
3.电池测试：
电解液流速为5ml/min，充放电电流密度10mA/cm2，充电时间为1h，放电截止电压为0.8V。从电池性能见图2可看出，该电池的平均能量效率达到了73％左右。

Claims (6)

1.一种锌碘液流电池，电池由电池模块、正极电解液储液罐、负极电解液储液罐、循环泵、循环管路组成；电池模块由一节或二节以上单电池串联而成，单电池包括正负极端板、正极、负极和隔膜，其特征在于：负极氧化还原电对为Zn2+/Zn，正极氧化还原电对为I3 -/I-；正极电解液储液罐内的正极电解液中含I-离子活性物质和含I3 -离子活性物质；含I-离子活性物质为KI和LiI的混合溶液，浓度范围0.1 mol dm-3 ~ 饱和溶液；电解液中的含I3 -离子活性物质为单质碘溶于KI和LiI的混合溶液，浓度范围0.1 mol dm-3 ~ 5mol dm-3。
2.根据权利要求1所述的锌碘液流电池，其特征在于：充电时，正和负极电解液分别经由泵从正和负极电解液储液罐分别输送至正极和负极，锌离子在负极还原为金属锌，I-离子在正极氧化为I3 -；放电时，锌单质在负极氧化为锌离子经由泵回到正极储液罐中；I3-离子在正极还原为I-离子，经由泵回到负极储液罐中。
3.根据权利要求1所述的锌碘液流电池，其特征在于：负极电解液储液罐内的负极电解液中的含锌离子活性物质为ZnSO4 或Zn(NO3)2，浓度范围0.1 mol dm-3 ~ 3 mol dm-3。
4.根据权利要求2或3所述的锌碘液流电池，其特征在于：正极电解液储液罐内的正极电解液或负极电解液储液罐内的负极电解液中还有添加剂K2SO4、KNO3、Na2SO4或NaNO3中的一种或二种以上，浓度为0.1 mol dm-3 ~ 3 mol dm-3。
5.根据权利要求1所述的锌碘液流电池，其特征在于：正极和负极均采用板状或多孔状金属或碳材料。
6.根据权利要求1所述的锌碘液流电池，其特征在于：隔膜为离子交换膜，多孔膜或微孔膜。
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