一种泥浆型钛锰液流电池制造技术

本发明专利技术公开了一种钛锰液流电池，负极氧化还原电对为Ti

【技术实现步骤摘要】
一种泥浆型钛锰液流电池
本专利技术属于电池领域，具体涉及一种泥浆型钛锰液流电池。
技术介绍
随着经济的发展，对能源的需求日益增加，化石能源的大量消耗所引起的环境问题日益突显。大规模利用可再生能源、实现能源多样化成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。但是风能，太阳能等再生能源的不连续性和不稳定性，使得他们的直接利用困难，所以利用储能技术，实现可再生能源的连续供应成为解决上述问题的关键。液流电池由于设计灵活(能量，功率分开设计)，安全性好，设计寿命长，已经成为大规模储能市场最优前景的技术之一。目前发展比较成熟的液流体系包括全钒液流电池，锌溴液流电池，多硫化钠溴等体系。但是全钒液流电池面临成本较高，电解质的酸性和腐蚀性较强的问题；另外，锌溴液流电池体系和多硫化钠溴体系面临着溴的挥发性和腐蚀性的问题，环境污染严重，固体枝晶析出影响电池寿命。因此开发低成本、环境友好、高可靠性新型液流电池就变得尤为重要。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术提供了一种泥浆型钛锰液流电池，利用正极二价锰离子至四价锰离子的反应过程，与以往的利用二价锰离子至三价锰离子的反应过程相比，大幅度提高了正极电解液的能量密度，提高电解液利用率，降低成本。本专利技术具体技术方案如下：一种钛锰液流电池，包括电池模块、正负极电解液储液罐、循环泵和正负极循环管路；电池模块由一节或二节以上单电池串联而成，包括电池端板、双极板、电极、隔膜和电极框，其中，正极电解液储液罐经正极循环管路与电池模块的正极相通，负极电解液储液罐经负极循环管路与电池模块的负极相通，其特征在于：所述钛锰液流电池还包括与电池模块电连接的正负极转换开关，在单电池每运行100-1000循环或电池衰减超过20％，在电池放电末期，打开正负极转换开关，进行正负极转换，循环往复；电池模块正负极由电路正负极决定，即电池正极为电路正极，电池负极为电路负极；液路正负极由电路正负极决定，即液路正极为电路正极，液路负极为电路负极；所述钛锰液流电池中，负极氧化还原电对为Ti3+/Ti4+，正极的氧化还原电对为Mn2+/Mn3+/MnO2，其中，正负极电解液分别从正负极储液罐底部的出口流出，从正负极储液罐顶部或者上部的入口流入；所述钛锰液流电池正极电解液状态为泥浆状固液混合物，泥浆状固液混合物是指电池液路正极充电末期以及整个放电过程中(除了放电末期)的电解液状态，即同时含有MnO2、Mn3+和Mn2+，本专利技术在特定装置下保证电池寿命前提将Mn2+到MnO2的容量最大限度的利用，而不是在传统装置下通过抑制二氧化锰生成而保证电池寿命。基于上述方案，优选地，所述钛锰液流电池每次充电截止后，泥浆状正极电解液含有不同种价态的锰化合物、不同种价态的钛化合物；负极电解液含有不同价态的锰化合物、不同价态的钛化合物；所述泥浆状正极电解液中，泥浆颗粒尺度在1nm-1000nm。基于上述方案，优选地，充电时，正极和负极电解液分别经由循环泵从正极和负极电解液储液罐输送至正极和负极，Ti4+离子在负极还原为Ti3+离子，Mn2+离子在正极氧化为Mn3+后再次被氧化为MnO2，形成泥浆型溶液；放电时，Ti3+离子在负极氧化为Ti4+离子经由泵回到负极储液罐中；MnO2粒子在正极被还原为Mn3+后再次被还原为Mn2+离子或由MnO2粒子在正极直接被还原成Mn2+离子，经由泵回到正极储液罐中，不断循环流动。基于上述方案，优选地，正负极电解液均为含有不同价态锰离子和不同价态钛离子的硫酸溶液，硫酸根的浓度范围为0.1moldm-3～6moldm-3，锰离子和钛离子的比例不限，锰离子和钛离子浓度范围为0.1moldm-3～5moldm-3。基于上述方案，优选地，所述正负极储液罐底部包括圆锥形、U型或椭圆形的过渡区，用于形成最下端出口，所述过渡区的高度为0.01m～5m。基于上述方案，优选地，所述正极和负极均采用板状或多孔状的金属或碳材料；所述碳材料为碳布或碳纸。基于上述方案，优选地，所述隔膜为离子交换膜，多孔膜或微孔膜。有益效果1、本专利技术通过氧化还原电对的优选，提出了钛锰新型液流电池，正负极电解液都含有锰离子和钛离子，避免了正负极电解液的交叉污染，大幅度降低了电池成本；2、本专利技术通过将正负极电解液出口设置在正负极储液罐底部，使充电截止后的电解液状态为泥浆状固液混合物，避免了电池过程中生成的二氧化锰固体颗粒沉积影响电池容量，提高了电池稳定性；3、本专利技术通过在电路中加入正负极转换开关，根据电池运行情况实时调整电池正负极，避免电池长期运行过程中，生成二氧化锰沉积影响电池容量，提高电池稳定性。4、本专利技术提供的液流电池利用正极二价锰离子至四价锰离子的反应过程，与以往的利用二价锰离子至三价锰离子的反应过程相比，大幅度提高了正极电解液的能量密度，提高电解液利用率，降低成本；5、本专利技术有利于液流电池的推广应用，同时具有循环寿命长、结构以及制造工艺简单的特点。附图说明图1为本专利技术实施例1的单电池系统结构示意图；图2为本专利技术实施例1的正负极转换开关电路结构示意图；图3为实施例1中钛锰单液流电池循环效率曲线；图4为实施例1与对比例1的容量对比曲线；图中；1、正极端板；2、负极端板；3、正极；4、负极；5、隔膜；6、7、泵；8、正极电解液储液罐；9、负极电解液储液罐；10、电池模块；11、正负极转换开关。具体实施方式实施例11.电解液配置：正负极电解液各40ml，其中含有1moldm-3硫酸锰和1moldm-3硫酸氧钛。2.电池组装：单电池依次正极端板、正极(3x3cm2石墨毡)、隔膜(Nafion211)、负极(3x3cm2石墨毡)、负极端板；单电池结构及系统如图1所示。3.电池测试：电解液流速为5ml/min，充放电电流密度100mA/cm2，电池运行过程中所形成的泥浆颗粒尺度在100nm～500nm；起始转换旋钮停留在1-1’上，即电路上为左正右负，电池运行200循环后调整正负极转换开关使其停留在2-2’上，即电路上为左负右正，将进行正负极电路转换；该电池的平均能量效率达到80％左右，循环寿命2000以上，容量保持率达到最大容量80％以上。对比例1选取常规双液流钛锰电池做对比实验，与实施例1的区别在于：正负极电解液出口位于正极负电解液储液罐侧壁下方，且正负极电路不进行调整，实验结果如表1所示。表1对比例1与实施例1性能对比电密(mA·cm-2)平均能量效率循环寿命(圈)能量密度(Wh·L-1)实施例110080％＞200030对比例110075％≈20020表1中对比了钛锰泥浆液流电池与常规双液流电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛锰液流电池，包括电池模块、正负极电解液储液罐、循环泵和正负极循环管路；电池模块由一节或二节以上单电池串联而成，包括电池端板、双极板、电极、隔膜和电极框，其中，正极电解液储液罐经正极循环管路与电池模块的正极相通，负极电解液储液罐经负极循环管路与电池模块的负极相通，其特征在于：/n所述钛锰液流电池还包括与电池模块电连接的正负极转换开关，在单电池每运行100-1000循环或电池衰减超过20％，在电池放电末期，打开正负极转换开关，进行正负极转换，循环往复；/n所述钛锰液流电池中，负极氧化还原电对为Ti

【技术特征摘要】
1.一种钛锰液流电池，包括电池模块、正负极电解液储液罐、循环泵和正负极循环管路；电池模块由一节或二节以上单电池串联而成，包括电池端板、双极板、电极、隔膜和电极框，其中，正极电解液储液罐经正极循环管路与电池模块的正极相通，负极电解液储液罐经负极循环管路与电池模块的负极相通，其特征在于：
所述钛锰液流电池还包括与电池模块电连接的正负极转换开关，在单电池每运行100-1000循环或电池衰减超过20％，在电池放电末期，打开正负极转换开关，进行正负极转换，循环往复；
所述钛锰液流电池中，负极氧化还原电对为Ti3+/Ti4+，正极的氧化还原电对为Mn2+/Mn3+/MnO2，其中，正负极电解液分别从正负极储液罐底部的出口流出，从正负极储液罐顶部或者上部的入口流入；
所述钛锰液流电池每次充电截止后，正极电解液状态为泥浆状固液混合物。


2.根据权利要求1所述的钛锰液流电池，其特征在于：所述泥浆状正极电解液中，泥浆颗粒尺度在1nm-1000nm。


3.根据权利要求1所述的钛锰液流电池，其特征在于：充电时，正极和负极电解液分别经由循环泵从正极和负极电解液储液罐输送至正极和负极，Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：马相坤，乔琳，刘玉琴，刘淑敏，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21