【技术实现步骤摘要】
一种中性铁硫双液流电池的制备方法
本专利技术涉及氧化还原液流电池领域,特别涉及一种超低成本、长循环、高库伦效率的中性铁硫双液流电池的制备方法。
技术介绍
随着传统化石燃料的日益衰竭及其带来严重的环境污染等问题,寻找新能源和发展新能源的技术势在必行。目前,电能主要由火力、风力、水力以及太阳能等发电方式提供,但是由于火力发电带来严重的环境污染,而风力、水力以及太阳能等可再生能源具有间歇性和不连续性等特点,无法满足直接用电的需求,为了解决这个问题,就必须开高效、廉价的储能装置。液流电池作为一种大规模的储能装置,完全能够满足电网以及生活的需求,并且具有设计灵活、循环寿命长、快速响应、储存容量和输出功率独立可调节等优点,完全有可能适用于电网储能领域。但全钒液流电池能量密度较低,成本高,并且由于钒离子的溶解度低,需要强酸电解液作为溶剂,以提高钒离子在电解液中的溶解度,而使得电解液具有强腐蚀性,这些不足均限制其进一步的发展。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术的目的在于提出一种超低成本、长循环、高库伦效率的中性铁硫双液流电池的制备方法,解决现有技术中存在的成本高、腐蚀性大等问题。采用该方法可获得低成本高性能的储能电池,达到降低成本,减小腐蚀的目的。本专利技术的技术方案如下:一种中性铁硫双液流电池的制备方法,包括以下步骤和工艺条件:(1)利用去离子水分别配制:KCl、NaCl或者MgCl2的盐溶液、KOH或者NaOH的碱性溶液,以及K2S或Na2S的硫化物溶液; >(2)将Nafion隔膜浸入步骤(1)所配的碱性溶液中,在50℃~90℃下恒温1~3h,Nafion隔膜的厚度为40~60μm;(3)将步骤(2)所得到的Nafion隔膜浸入去离子水中,在50℃~90℃恒温0.5~1h;(4)取出步骤(3)所得到的Nafion隔膜,在50℃~90℃下干燥;(5)称取硫化物溶解在步骤(1)所配制的盐溶液中,配制成中性溶液;其中,硫化物为Na2Sx、K2Sx中的一种或两种,x=1,2,3,4,5,6,7,8;(6)称取K3[Fe(CN)6]固体溶解在步骤(1)所配制的盐溶液中,配制成中性溶液;(7)将泡沫镍网在步骤(1)所配制的硫化物溶液中加热煮沸0.5~6小时,直到泡沫镍网表面均匀变黑;(8)取出步骤(7)所得到的泡沫镍网,放在真空干燥箱中进行干燥;(9)将步骤(8)所得到的干燥泡沫镍网放在真空手套箱中保存;(10)电池正、负极电解液分别为K3[Fe(CN)6]和硫化物的中性溶液;(11)将步骤(4)、(5)、(6)和(9)所得到的关键材料,采用常规方法装配成电池,用电池测试系统进行测试。所述的中性铁硫双液流电池的制备方法,正极电解液置于正极储液罐内,正极储液罐经由蠕动泵通过管路与单电池或电堆的正极入口和出口相连;负极电解液置于负极储液罐内,负极储液罐经由蠕动泵通过管路与单电池或电堆的负极入口和出口相连。所述的中性铁硫双液流电池的制备方法,步骤(1)中,盐溶液的浓度为0.5mol·L-1~3mol·L-1,碱性溶液的浓度为1mol·L-1~3mol·L-1,硫化物溶液的浓度为1mol·L-1~3mol·L-1。所述的中性铁硫双液流电池的制备方法,步骤(5)所配制的硫化物中性溶液为负极电解液,硫化物的浓度为1mol·L-1~3mol·L-1。所述的中性铁硫双液流电池的制备方法,步骤(6)所配制的K3[Fe(CN)6]中性溶液为正极电解液,K3[Fe(CN)6]的浓度为0.1mol·L-1~1mol·L-1。所述的中性铁硫双液流电池的制备方法,步骤(8)中的干燥温度为60℃~120℃,时间为8~16h。所述的中性铁硫双液流电池的制备方法,充电时,电解液经由蠕动泵从正、负极储液罐分别输送至正、负极,含硫离子的硫化物中性溶液在负极发生还原反应生成低价硫离子,K4[Fe(CN)6]在正极被氧化成K3[Fe(CN)6];放电时,负极电解液中的多硫化物离子被氧化经由磁力泵流回负极储液罐,正极电解液中的K3[Fe(CN)6]则转化为K4[Fe(CN)6]。本专利技术的设计思想是:铁和硫是地壳中储量丰富的两种元素,同时这两种元素具有两种以上离子价态且具有良好的化学特性。与钒矿相比,铁硫的储量相对较高,是可以有效降低全钒液流电池电解液成本的物质。同时,由于全钒液流电池是在强酸条件下工作,对环境会造成一定的危害,也进一步提高电池相关组件的成本。本专利技术采用在中性条件下具有良好化学特性的的活性物质,有效消除酸性条件下的腐蚀等问题,利用泡沫金属镍作为电池电解液的反应载体。通过组装单电池证明其具有较高的库伦效率及稳定的电池循环性能。这种利用铁和硫作为氧化还原电池的活性物质的方法,为液流电池提供一种新的电对,是有望成为下一代大规模储能技术之一。与现有技术相比,本专利技术具有以下显著的优点及有益效果:1、通过对比不同的电对,筛选出本专利技术所用的电对,并且提出中性铁硫液流电池的概念,有效的降低传统液流电池因强酸强碱电解液所带来的腐蚀问题。2、本专利技术中性铁硫液流电池正负极电对分别为K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]和S2-/S22-,而且铁硫储量丰富,成本较低,能够满足大规模的应用需求,该储能装置在大规模储能领域有较好的应用前景。3、本专利技术的整个制备过程具有设备价格低廉、原料易得、流程简单、操作便捷等工业实用化特点,并且具备超低成本、长循环、高库伦效率等优点,有助于推进液流电池的商业化发展。总之,本专利技术采用多孔碳毡为电池正极材料,多孔泡沫金属镍为材料,中性的铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])和多硫化物为电池的正负极电解液,提出一种超低成本、长循环、高效率的双液流电池体系。此体系所用的原料储量丰富,价格低廉,不含腐蚀性物质,环境友好等特点,是一种有望大规模开发的储能体系。附图说明:图1为低浓度中性铁硫液流电池放电容量和放电能量数与循环圈数的关系。图2为高浓度中性铁硫液流电池在60mA·cm-2的电流密度下的效率图。图3为高浓度中性铁硫液流电池电解液成本与全钒液流电池电解液成本对比图。图4为本专利技术单电池的结构示意图。图中,1负极储液罐;2输送管道;3蠕动泵;4隔膜;5正极储液罐;6端板;7集流体;8导电塑料板;9油性石墨板;10正极工作电极;11负极工作电极。具体实施方式:在具体实施过程中,本专利技术采用铁氰化钾和硫化钾作为原料,将这两种物质溶解在中性的KCl溶液中分别作为电池的正负极电解液。如图4所示,本专利技术单电池由端板、集流体、油性石墨板、导电塑料板、多孔碳毡、隔膜、多孔泡沫金属、储液罐、管路以及蠕动泵组成,具体结构如下:负载通过正极与正极工作电极10(多孔碳毡)连接,负载通过负极与负极工作电极11(多孔泡沫镍网)连接,相对设置的正极工作电极10与负极工作电极11之间设置隔膜4,正极工作电极10与负极工本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中性铁硫双液流电池的制备方法,其特征是,包括以下步骤和工艺条件:/n(1)利用去离子水分别配制:KCl、NaCl或者MgCl
【技术特征摘要】
1.一种中性铁硫双液流电池的制备方法,其特征是,包括以下步骤和工艺条件:
(1)利用去离子水分别配制:KCl、NaCl或者MgCl2的盐溶液、KOH或者NaOH的碱性溶液,以及K2S或Na2S的硫化物溶液;
(2)将Nafion隔膜浸入步骤(1)所配的碱性溶液中,在50℃~90℃下恒温1~3h,Nafion隔膜的厚度为40~60μm;
(3)将步骤(2)所得到的Nafion隔膜浸入去离子水中,在50℃~90℃恒温0.5~1h;
(4)取出步骤(3)所得到的Nafion隔膜,在50℃~90℃下干燥;
(5)称取硫化物溶解在步骤(1)所配制的盐溶液中,配制成中性溶液;其中,硫化物为Na2Sx、K2Sx中的一种或两种,x=1,2,3…8;
(6)称取K3[Fe(CN)6]固体溶解在步骤(1)所配制的盐溶液中,配制成中性溶液;
(7)将泡沫镍网在步骤(1)所配制的硫化物溶液中加热煮沸0.5~6小时,直到泡沫镍网表面均匀变黑;
(8)取出步骤(7)所得到的泡沫镍网,放在真空干燥箱中进行干燥;
(9)将步骤(8)所得到的干燥泡沫镍网放在真空手套箱中保存;
(10)电池正、负极电解液分别为K3[Fe(CN)6]和硫化物的中性溶液;
(11)将步骤(4)、(5)、(6)和(9)所得到的关键材料,采用常规方法装配成电池,用电池测试系统进行测试。
2.根据权利要求1所述的中性铁硫双液流电池的制备方法,其特征是,正极电解液置于正极储液罐内,正极储液罐经由蠕动泵通...
【专利技术属性】
技术研发人员:贾传坤,贾如意,韩拯,孙立东,
申请(专利权)人:湖南国昶能源科技有限公司,
类型:发明
国别省市:湖南;43
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