本發(fā)明涉及一種醌金屬電對液流電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著化石能源的日益枯竭，開發(fā)利用風能、太陽能等可再生能源成為人們關注的焦點，儲能技術(shù)作為可再生能源發(fā)電的重要支撐受到人們的廣泛關注。儲能主要分為物理儲能和化學儲能兩部分。物理儲能主要包括揚水儲能、壓縮空氣儲能等；化學儲能主要包括各種蓄電池、燃料電池、液流電池等。其中液流電池因其具有大規(guī)模、高效率、低成本等諸多優(yōu)點，使其成為大規(guī)模儲能的最佳選擇之一。

目前主要的液流電池體系主要有全釩液流電池、鋅溴液流電池、鐵鉻液流電池等。其中全釩液流電池由于在正負極電解液活性物質(zhì)中使用同一種元素不同價態(tài)離子，大大降低了正負極電解液之間的交叉污染，但該電池體系電解液及隔膜成本較高；鋅溴液流電池主要優(yōu)點是具有較高的開路電壓、價格便宜；但存在著溴與鋅直接反應發(fā)生自放電及鋅沉積物枝晶等問題。鐵鉻液流電池主要優(yōu)點就是價格便宜，最突出的問題就是離子間交叉污染嚴重。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述問題，提出一種醌金屬電對液流電池系統(tǒng)，醌作為液流電池的負極活性物質(zhì)減少了液流電池體系中重金屬的使用；無需貴金屬催化劑；環(huán)境友好；價格便宜，對降低液流儲能電池系統(tǒng)成本具有重要作用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種醌金屬電對液流電池系統(tǒng)，包括正負極端板、正極、隔膜、負極、儲液罐、管路、泵。其中正負極由集流體和正負極電極材料組成；充放電時，電解液經(jīng)由泵從儲液罐輸送至正、負極，正極發(fā)生金屬電對氧化還原反應，負極發(fā)生是氫離子在醌中的嵌入與脫嵌。

正極電解液為金屬電對的硫酸溶液，所述金屬電對為V⁵⁺/V⁴⁺或Mn³⁺/Mn²⁺。負極電解液為蒽醌2,7二磺酸鈉和/或二氫蒽醌2,7二磺酸鈉的硫酸溶液。

正負極電極材料均為活性炭氈。

電池系統(tǒng)由電池模塊、電解液儲液罐、循環(huán)泵、循環(huán)管路組成；電池模塊由一節(jié)或一節(jié)以上單電池串聯(lián)而成，單電池包括正負極端板、正極、負極、隔膜。充放電時，電解液經(jīng)由泵從儲液罐輸送至正、負極，正極發(fā)生金屬電對氧化還原反應，負極發(fā)生是氫離子在醌中的加氫與脫氫反應。

正極電解液為金屬電對的硫酸溶液，電解液濃度為0.5-2M硫酸，VO²⁺/VO₂⁺的總濃度為1-1.5M，Mn³⁺/Mn²⁺總濃度為0.25-0.75M。

所述負極電解液濃度為：0.5-2M硫酸，蒽醌2,7二磺酸鈉和/或二氫蒽醌 2,7二磺酸鈉的總濃度為0.5-1M。

所述隔膜為多孔膜或致密膜。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出了醌金屬電對液流電池的概念，通過將醌作為液流電池的負極活性物質(zhì)減少了液流電池體系中重金屬的使用；無需貴金屬催化劑；環(huán)境友好；價格便宜，對降低液流儲能電池系統(tǒng)成本具有重要作用。

附圖說明

圖1為醌-釩液流電池充放電效率圖，電流密度80mA/cm²。

圖2為醌-錳液流電池充放電效率圖，電流密度40mA/cm²。

具體實施方式

實施例1

電解液配置及電池組裝：

正極電解液：80ml的1MH₂SO₄+1MVOSO₄；負極電解液：80ml的1MH₂SO₄+1M2,7ADA，單電池依次正極端板、正極6x8cm²石墨板、碳氈、隔膜、碳氈、負極6x8cm²石墨板、負極端板。

電池測試：

電解液流速：5ml/min；充放電電流密度80mA/cm²；電池循環(huán)穩(wěn)定性見圖1。從圖1中可以看出，醌-釩液流電池表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在80mA/cm²工作電流密度下，電池庫侖效率可達到98.5％。

實施例2

電解液配置及電池組裝：

正極電解液：80ml的1MH₂SO₄+0.75MMnSO₄；負極電解液：80ml的1MH₂SO₄+1M2,7ADA，單電池依次正極端板、正極6x8cm²石墨板、碳氈、隔膜、碳氈、負極6x8cm²石墨板、負極端板。

電池測試：

電解液流速：5ml/min；充放電電流密度40mA/cm²；電池循環(huán)穩(wěn)定性見圖2。

從圖2中可以看出，醌-錳液流電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在40mA/cm²工作電流密度下，電池庫侖效率可達95.8％。