本发明专利技术属于电化学工程与工业领域，特别涉及到一种全铅液流电池，电池单体由沉积型二氧化铅正极、沉积型铅负极和含可溶铅盐的电解液组成，由多节电池单体可串联或并联成电堆，电堆的电解液储存在储罐中，在充放电过程中电解液在液泵推动下通过管道在储罐和电堆之间不断流动。充电时铅从电解液中分别沉积到正、负极集流体上成为二氧化铅和金属铅，放电时锌二氧化铅和金属铅溶解到电解液中生成铅离子。该液流电池具有制造工艺简单、成本低、循环寿命高等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学工程与エ业装置领域，特别涉及电池生产
的一种全铅液流电池，用于简单 方便的构建全铅液流电池。
技术介绍
现今能源成为社会发展的重要基础，而化石能源面临枯竭。大力发展风能、太阳能等可再生能源是实现我国能源可持续发展的重要途径。可再生能源发电具有时差性和不稳定性，限制了其大規模并网利用。蓄电是解决可再生能源的不稳定性问题的一个有效方法，可实现可再生能源大規模应用。化学蓄电池中以目前正在发展的液流电池(Flow cell, Flow battery)最适宜规模化储能。液流电池设计灵活、全寿命成本最低，是现今最适合规模储能的化学电池，因此竞争カ很强，应用前景非常广阔。不同于传统二次电池，液流电池作为氧化-还原电对的活性物质分别溶解于装在两个大储液罐的溶液中，各用一个泵使溶液流经液流电池堆中高选择性离子交換膜的两侦牝在其催化电极上发生还原和氧化反应。此等期间，离子交換膜两侧溶液的电荷为了达到平衡，必定有一种离子(如H+)同步地由ー极溶液通过离子交換膜向另ー极溶液迁移。此夕卜，还发展了在一个或两个电极上发生金属离子(及非金属离子)溶解/沉积反应的液流电池。目前已研发有多种液流电池体系，研究较为深入甚至开始进入商业化示范运行的体系有多硫化钠/溴液流电池、锌溴液流电池和全钒液流电池。2004 年，英国 Pletcher 等(Ahmed Hazza,Derek Pletcher, Richard Wills. Phys.Chem. Chem. Phys, (6) : 1773-1778，2004)提出ー种新型的铅酸液流储能电池体系，该体系采用酸性甲基磺酸铅(II)溶液，充电时溶液中的ニ价铅在负极上沉积成金属铅，正极上沉积成ニ氧化铅；放电时正/负极反应形成可溶的ニ价铅。正负极反应的活性高，可逆性好。但ニ氧化铅成核的过电位较大，易产生氧气，造成能量损失(能量效率为65%左右)，且电池放电后负极有铅剰余，多次循环后造成铅积累，需要通氧溶解。此外，负极铅的沉积易形成枝晶，产生脱落。为降低负极Pb沉积的粗糙度和提高PbO2的反应动力学，研究了有机和无机添加剂的影响，但效果均不理想。中国专利CN101853956A提出电极采用碳粉与高密度聚こ烯压成基板后压合玻璃态化碳层，如英国Pletcher等一样采用甲基磺酸铅的甲基磺酸水溶液作为电解液，充放电电流效率有所提高，能量效率达到76%。四氟硼酸与甲基磺酸相比，其分子量低，价格是甲基磺酸的二分之一，凝固点比甲基磺酸的凝固点(-10°C)温度要低，因此溶液的低温性能好。甲基磺酸还有一定条件下易分解的缺点。在电镀エ业中，氟硼酸铅镀铅エ艺已经相当成熟，具有电解液溶液稳定、成分简单、操作方便、镀层结晶紧密细致，电流效率高的特点。我们实验发现在氟硼酸铅的氟硼酸水溶液中合适的集流体上ニ氧化铅沉积/溶解效率较高。因此我们提出全铅液流电池，电池单体由沉积型ニ氧化铅正极、沉积型铅负极和含可溶铅盐的电解液组成，由多节电池单体可串联或并联成电堆，电堆的电解液储存在储罐中，在充放电过程中电解液在液泵推动下通过管道在储罐和电堆之间不断流动。充电时铅从电解液中分别沉积到正、负极集流体上成为ニ氧化铅和金属铅，放电时锌ニ氧化铅和金属铅溶解到电解液中生成铅离子。该液流电池具有制造エ艺简单、成本低、循环寿命闻等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种全铅液流电池，抑制采用甲基磺酸溶液时容易出现的正、负电极充放电效率不一致等问题及提高能量效率。本专利技术的目的是通过下述方法实现的示意 图见图1，一种全铅液流电池，电池单体⑴由正极集电极(2)、负极集电极(3)和电解液⑷构成，电解液⑷在泵(5)推动下沿管道(6)在储罐(7)和电池单体⑴之间流动，电解液⑷在电池单体⑴中流过正极集电极⑵和负极集电极⑶的表面井分隔正极集电极⑵和负极集电极(3)，其中电解液(4)为含四氟硼酸铅的四氟硼酸水溶液，充电时在正极集电极(2)上沉积ニ氧化铅(8)、在负极集电极(3)上沉积金属铅(9)，放电时ニ氧化铅(8)和金属铅(9)均溶解回到电解液(4)中。全铅液流电池的正极集电极(2)可以是碳材料，可以是具有导电氧化物或氮化物膜表面的钛或钛合金，具有导电氧化物、氮化物或碳化物膜表面的钽或钽合金。全铅液流电池的负极集电极(3)可以是碳材料、鉄、不锈钢、铜或铜合金。全铅液流电池可以由多个电池单体(I)组合成电堆(10)，其中多个电池单体(I)共用电解液⑷、泵(5)、管道(6)和储罐(7)。全铅液流电池单体⑴的正极集电极(2)与负极集电极⑶之间不装隔膜，或加装防止正极与负极短路的隔膜。本专利技术的全铅液流电池在充放电过程中，电解液⑷由泵(5)不断通入电池单体(I)中。充电时，电解液(4)中的ニ价铅离子在正极集电极(2)上沉积成ニ氧化铅(8)、在负极集电极(3)上沉积成金属铅(9)而储能，放电时ニ氧化铅(8)和金属铅(9)溶解成ニ价铅离子进入电解液(4)。放电结束时，正极集电极(2)和负极集电极(3)基本恢复到“新鲜”的原始状态，从而能够有效地重新充电。同吋，电解液的流动增大了电极界面溶液中的物质传递的速度，极大降低了浓差极化，电解液始終处于均一流动状态不会分层而消除了沉积不均匀导致电极形变的问题。我们实验发现在氟硼酸铅的氟硼酸水溶液中合适的集流体上ニ氧化铅沉积/溶解效率的电流效率可以达到93%以上，甚至达到98%以上。而氟硼酸铅的氟硼酸水溶液中合适的集流体上铅沉积/溶解效率的电流效率一般都在95%以上。本专利技术的全铅液流电池正负电极的电流效率非常接近，容易控制负极铅剩余、形成枝晶等问题，能量效率高，具有制备路线及エ艺简单、成本低和循环寿命长等优点。附图说明图I 一种全铅液流电池I电池单体，2正极集电极，3负极集电极，4电解液，5泵，6管道，7储罐，8 ニ氧化铅，9铅图2 —种全铅液流电池I电池单体，2正极集电极，3负极集电极，4电解液，5泵，6管道，7储罐，8 ニ氧化铅，9铅，10电堆具体实施例方式实施例I如图1，以3mm厚的高致密石墨板作为正极集电极和负极集电极分隔固定于塑料外壳中组成全铅液流电池单体，以I. 5摩尔每升四氟硼酸铅、I. O摩尔每升四氟硼酸的水溶液作为电解液储存在聚こ烯罐中，以硅胶管作为管线，使用磁力泵推动电解液流过正极集电极和负极集电极分隔相对的表面。充电时电解液中的ニ价铅离子在正极集电极上沉积成ニ氧化铅、在负极集电极上沉积成金属铅，放电时ニ氧化铅和金属铅溶解成ニ价铅离子进入电解液。以20mA/cm2的电流密度充放电，电流效率可以达到95%以上，能量效率约82%。实施例2 如图I,以O. Imm厚表面有碳化钽膜的钽箔作为正极集电极，以O. Imm厚不锈钢箔作为负极集电极，正极集电极和负极集电极分隔固定于塑料外壳中组成全铅液流电池单体。以I. O摩尔每升四氟硼酸铅、I. O摩尔每升四氟硼酸的水溶液作为电解液储存在聚こ烯罐中，以橡胶胶管作为管线，使用磁力泵推动电解液流过正极集电极和负极集电极分隔相对的表面。以40mA/cm2的电流密度充放电，电流效率可以达到98%以上，能量效率约75%。实施例3如图1，以O. Imm厚表面有氮化钛膜的钛箔作为正极集电极，以O. Imm厚钢箔作为负极集电极，正极集电极和负极集电极分隔固本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全铅液流电池，其特征在于电池単体(I)由正极集电极(2)、负极集电极(3)和电解液⑷构成，电解液⑷在泵(5)推动下沿管道(6)在储罐(7)和电池单体⑴之间流动，电解液(4)在电池单体(I)中流过正极集电极(2)和负极集电极(3)的表面并分隔正极集电极(2)和负极集电极(3)，其中电解液(4)为含四氟硼酸铅的四氟硼酸水溶液，充电时在正极集电极(2)上沉积ニ氧化铅(8)、在负极集电极(3)上沉积金属铅(9)，放电时ニ氧化铅(8)和金属铅(9)均溶解回到电解液(4)中。...
【专利技术属性】
技术研发人员：程杰，文越华，刘东阳，徐艳，曹高萍，杨裕生，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九七一部队，
类型：发明
国别省市：
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