專利名稱：長壽命單液流電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種液流電池，特別是一種單液流電池，屬于化學電源技術領域。
背景技術：
氧化還原液流電池(Redox flow cell或Redox flowbatteries)，簡稱為液流電池，是一種新型的大型化學儲能的蓄電池。其技術核心是進行氧化還原反應，實現(xiàn)充放電過程的活性物質存在于電解液中，單電池或半電池電極只是作為反應的場所，而不是活性物質儲存的地點。雙液流電池的正、負極活性物質分別存于不同的儲罐中，通過液泵各自循環(huán)，電池堆內的正、負極電解液由離子交換膜隔開。雙液流電池具有功率與容量分離、效率高、響應快和壽命長等優(yōu)點，能夠用于大規(guī)模蓄電。雙液流電池為規(guī)模應用可再生能源，如風能、太陽能等，提供了一種規(guī)模儲能的選擇方案。目前，雙液流電池已經研究和開發(fā)了Fe/Cr、全釩、Zn/Br2和多硫化物/Br2等電池體系。但是，雙液流電池需要使用價格昂貴離子交換膜，不僅提高了電池的成本，而且隔膜的使用引入了復雜結構和穿透隔膜的物質交叉污染，且比能量低。 為了克服雙液流電池存在的問題，2004年Pletcher教授提出了液流型鉛酸電池，只使用一種電解液，不需要離子交換膜，避免物質交叉污染，稱為單液流電池。專利CN101127393A提出一種鋅鎳單液流電池，綜合鋅鎳電池和液流電池的優(yōu)點，將負極活性物質鋅以鋅鹽溶液的形式存儲在電解液中。該種單液流電池由電堆、電解液、儲罐、液泵及管道組成。電池單體由鎳電極正極、沉積鋅的負極集流體和電解液構成，其中電解液為含鋅的堿性溶液。其電極反應為[0004] 負極Zn + 40H- Zfi (OH): + 2e.[0005] E0 = 0. 4畫正極2NiOOH + 2H20 + 2e- # 2M (OH)3十20IT E0 = -1. 215V 在充放電過程中，電解液在液體泵推動下通過管道在儲罐和電堆之間循環(huán)流動。由于電解液的流動增大了電極界面溶液中的物質傳遞的速度，減小了濃差極化，降低了鋅枝晶的可能。 單液流電池只使用一種電解液，不需要離子交換膜，避免物質交叉污染。此外，它還具有工藝簡單、成本低、效率高、能量密度高和循環(huán)壽命較高等優(yōu)點。但是，僅靠電解液的一維流動，電極界面的物質傳遞速度仍然不理想。因而難以很好消除濃差極化，在充電過程中仍然會引起負極的剌狀突起和枝晶生長，造成電池短路或使活性物質從電極上脫落，導致電池循環(huán)壽命縮短。

發(fā)明內容本實用新型的目的是為了克服上述現(xiàn)有的單液流電池容易形成枝晶而導致循環(huán)
壽命縮短的問題，設計一種結構簡單合理、能抑制枝晶生長、成倍增加充放電次數(shù)的長壽命單液流電池。 本實用新型的長壽命單液流電池，包括主要由多節(jié)電池單體連成的電池堆、電解液、儲液罐、液體泵和管道組成的單液流電池的基礎上，增設有超聲波發(fā)生器，所述超聲波發(fā)生器安裝在電池堆的電解液中。 所述超聲波發(fā)生器至少為1個安裝在電池殼體內的底部。 上述超聲波發(fā)生器的電源端經導線與外接電源連接。 上述超聲波發(fā)生器的電源端也可與無線供電的非接觸式電源連接。 所述非接觸式電源主要由原、副邊完全分離的非接觸式變壓器組成，非接觸式變
壓器的原邊線圈在電池殼體外與高頻電源連接，非接觸式變壓器的副邊線圈在電池殼體內
經整流濾波電路與超聲波發(fā)生器的電源端連接。 本實用新型的長壽命單液流電池，由于在電池堆的電解液中增設有超聲波發(fā)生器，可以在充電過程中利用外接電源產生超聲波，使電池內的電解液在液體泵作用下進行一維流動的同時，還在超聲波作用下產生振動，同時可產生大量小氣泡。所形成的小氣泡會隨周圍介質的振動而不斷運動、長大或突然破滅，形成和達到湍流效果。因此，可以極大增強電極界面?zhèn)髻|效果，很好的消除濃差極化，防止枝晶形成。同時，超聲波的機械作用，可使已經形成的枝晶破碎，形成許多新的晶核而細化晶粒，從而抑制枝晶生長，可以提高單液流電池循環(huán)壽命1 2倍。在電池放電過程中，關閉超聲波發(fā)生器，電堆內的電解液在液泵作用下循環(huán)流動而正常供電。本實用新型的結構主要是在各種單液流電池的基礎上增設有超聲波發(fā)生器即可，具有結構簡單合理、能有效抑制枝晶生長、成倍增加充放電次數(shù)的長壽命單液流電池?？蓮V泛應用于可再生能源如風能、太陽能等的大規(guī)模儲能及電力、交通等其它行業(yè)。

附圖1是本實用新型的長壽命單液流電池的一種結構示意圖；[0018] 附圖2是超聲波發(fā)生器用導線與外接電源連接的結構示意圖；[0019] 附圖3是超聲波發(fā)生器用非接觸式變壓器與外接電源連接的結構示意圖。
具體實施方式附圖非限制性公開了本實用新型的具體實施例，結合附圖作進一步描述如下。[0021] 附圖中的1是儲液罐；2是電解液；3是液泵；4是管道；5是電池單體；6是電堆；7是電池殼體；8是正極端子；9是負極端子；10是正極；11是負極；12是一側為正極另一側為負極的雙極板；13是超聲波發(fā)生器；14是正極導線；15是負極導線；16是高頻電源；17
是非接觸式變壓器原邊線圈；18是非接觸式變壓器副邊線圈，19是整流濾波電路。[0022] 參見附圖1，本實用新型的長壽命單液流電池，其結構包括主要由多節(jié)電池單體5連成的電池堆6、電解液2、儲液罐1、液體泵3和管道4組成的單液流電池，還包括有超聲波發(fā)生器13，所述超聲波發(fā)生器13安裝在電池堆6的電解液中。所述超聲波發(fā)生器13至少為1個安裝在電池殼體7內的底部。 所述超聲波發(fā)生器13的電源端可經導線與外接電源連接。如圖2所示，該超聲波發(fā)生器13的電源線一端經正極導線14和正極端子8與外接電源正極連接，超聲波發(fā)生器13的電源線另一端經負極導線15和負極端子9與外接電源負極連接。 所述超聲波發(fā)生器13的電源也可與無線供電的非接觸式電源連接。如附圖3所
示，所述非接觸式電源主要由原、副邊完全分離的非接觸式變壓器組成，非接觸式變壓器的
原邊線圈17在電池殼體7外與高頻電源16連接，非接觸式變壓器的副邊線圈18在電池殼
體7內經整流濾波電路19與超聲波發(fā)生器13的電源端連接。 所述電池單體的正極10選用活性物質為氧化鎳、氫氧化亞鎳或羥基氧化鎳的鎳電極，負極11選用碳材料或金屬板等，電解液2是含可溶性鋅鹽的堿性電解液。在電池充電過程中，連接超聲波發(fā)生器13的電源，電堆內的電解液在液體泵作用下循環(huán)流動，同時在超聲波作用下產生振動，達到湍流效果。在電池放電過程中，斷開超聲波發(fā)生器13的電源，電堆內的電解液在液體泵作用下循環(huán)流動而正常供電。
權利要求一種長壽命單液流電池，包括主要由多節(jié)電池單體連成的電池堆、電解液、儲液罐、液體泵和管道組成的單液流電池，其特征在于增設有超聲波發(fā)生器，所述超聲波發(fā)生器安裝在電池堆的電解液中。
2. 如權利要求1所述的長壽命單液流電池，其特征在于所述超聲波發(fā)生器至少為1個安裝在電池殼體內的底部。
3. 如權利要求1或2所述的長壽命單液流電池，其特征在于所述超聲波發(fā)生器的電源端經導線與外接電源連接。
4. 如權利要求1或2所述的長壽命單液流電池，其特征在于所述超聲波發(fā)生器的電源端與無線供電的非接觸式電源連接。
5. 如權利要求4所述的長壽命單液流電池，其特征在于所述非接觸式電源主要由原、副邊完全分離的非接觸式變壓器組成，非接觸式變壓器的原邊線圈在電池殼體外與高頻電源連接，非接觸式變壓器的副邊線圈在電池殼體內經整流濾波電路與超聲波發(fā)生器的電源端連接。
專利摘要本實用新型的長壽命單液流電池，包括主要由多節(jié)電池單體連成的電池堆、電解液、儲液罐、液體泵和管道組成的單液流電池的基礎上增設超聲波發(fā)生器，所述超聲波發(fā)生器安裝在電池堆的電解液中，在電池充電過程中，電堆內的電解液在液體泵作用下循環(huán)流動，同時在超聲波作用下產生振動，達到湍流效果，可以強化電極界面?zhèn)髻|效果，并起到破碎枝晶的作用，消除了傳統(tǒng)單液流單池電極周圍的濃差極化，可有效防止枝晶的形成和生長，在電池放電過程中，斷開超聲波發(fā)生器的電源，電堆內的電解液在液體泵作用下正常循環(huán)流動。能提高單液流電池循環(huán)壽命1～2倍，可廣泛應用于各個行業(yè)。
文檔編號H01M8/24GK201508873SQ200920230959
公開日2010年6月16日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權日2009年9月11日
發(fā)明者李初福, 顧為東 申請人:江蘇省信息化研究中心