一种膨胀式锌基液流电池的制作方法

本发明属于液流电池的的，尤其涉及一种膨胀式锌基液流电池。

背景技术：

1、液流电池是一种颇具潜力的大规模储能技术，因其充放电特性良好，功率单元和容量单元可以独立设计，循环寿命长等优点，受到广泛的关注。锌基液流电池是一类负极发生锌的沉积与溶解的液流电池，它具有成本低，电解液无交叉污染等优点。且锌的氧化还原电位较低(-0.76vvs she)，锌基液流电池具有更高的电压和功率密度。

2、然而，在锌沉积的过程中，受电荷分布等影响，锌单质易长成树枝状(锌枝晶)，尖锐且杂乱无章，极易刺穿隔膜，造成正极溴产物穿梭至负极，发生自放电；严重的，锌枝晶与正极接触，造成短路，电池失效。再者，有限的沉积空间也极大的限制沉积量，也就限制了电池的容量，造成能量密度偏低的结果。通常的解决方案是改性电极材料，或优化电解液，使锌的沉积更加均匀，从而减少锌枝晶的产生，提高了沉积量，电池的性能得到优化。然而这样做无法从根本上解决锌枝晶问题，只是缓解而已，对沉积容量的改善也很有限，能量密度提高较小。

3、另外，专利公开号cn 114628715a公开了一种提高锌溴液流电池面容量和循环稳定性的方法，在组装电池的过程中，将一定厚度的玻璃纤维膜放置在隔膜与负极碳毡电极之间，可以为负极锌沉积提供大量的沉积空间，有效地防止锌枝晶的生成，避免锌枝晶刺破隔膜致使电池失效。又如专利公开号cn 112928319a一种高容量锌溴单液流电池结构，包括一节单电池或由二节以上电池串联而成的电池组，单电池包括依次层叠设置的正极集流板、中部带有通孔的正极电极框、置于正极电极框中部通孔处正极、隔膜、负极支撑格栅、置于负极电极框中部通孔处负极、中部带有通孔的负极电极框、负极集流板。上述两篇专利均通过在负极与隔膜之间设置格挡物，增加负极与隔膜的距离。但是，在初始状态增加负极与正极的距离必然导致电池内阻增大，并且，负极与隔膜之间由于格挡物的存在导致空间利用率不高，容量提升有限。

技术实现思路

1、针对锌基液流电池中锌沉积容量有限，能量密度不高的技术问题，本发明提出一种膨胀式锌基液流电池，充电过程同步扩大锌沉积空间，增加了沉积容量，从而提高了电池系统的能量密度。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种膨胀式锌基液流电池，包括电堆、电解液储存罐、循环泵和循环管路，所述电堆包括正极端板、电池组件、负极端板，所述电池组件包括依次叠合的正极集流体、正极电极框、正极片、隔膜、负极电极框、负极片和负极集流体，正极片和负极片分别设于正极电极框和负极电极框中；所述负极片粘结在负极集流体上，所述负极电极框在轴向上能够膨胀伸长，使负极片能够远离和靠近隔膜。

4、负极电极框在未膨胀状态的厚度为4-20mm，膨胀状态的极限厚度为6-25mm。

5、负极电极框膨胀伸长的方法为在负极电极框轴向施加外力或增加电堆负极电解液压力使负极电极框发生膨胀。

6、所述负极电极框的材料为弹性材料，所述弹性材料为弹性橡胶；负极电极框的形状为中空的矩形框，矩形框的两端分别密封连接在正极电极框和负极集流体表面。

7、所述负极电极框包括波纹管和波纹管两端的连接板，波纹管能够伸缩变形。

8、所述连接板分别固定在正极电极框和负极集流体表面，连接部位的周边采用密封胶密封。

9、所述正极集流体靠近正极片的一侧、负极集流体靠近负极片的一侧均设有石墨板，弹性组件固定在负极集流体的石墨板上。

10、所述正极电极框厚度2.5-4mm，正极片厚度4-6mm；负极片的厚度等于负极电极框在初始状态下的厚度。

11、所述正极片和负极片均选自碳毡、石墨毡或者碳布。

12、本发明的有益效果：充电开始时，负极电极框处于压缩状态，随着充电的进行，负极沉积的锌层越来越厚，在此过程中，通过机械控制或者增加电解液压力的方法，使负极电极框同步发生膨胀，锌沉积空间也逐渐增加，沉积物不会与隔膜接触，无刺穿风险。该过程不会影响电池的其他性能，同时又增加了电池容量，提高了能量密度。

技术特征：

1.一种膨胀式锌基液流电池，包括电堆、电解液储存罐、循环泵和循环管路，所述电堆包括正极端板(1)、电池组件、负极端板(2)，所述电池组件包括依次叠合的正极集流体(3)、正极电极框(4)、正极片(5)、隔膜(6)、负极电极框(8)、负极片(7)和负极集流体(9)，正极片(5)和负极片(7)分别设于正极电极框(4)和负极电极框(8)中；其特征在于，所述负极片(7)粘结在负极集流体(9)上，所述负极电极框(8)在轴向上能够膨胀伸长，使负极片(7)能够远离隔膜(6)。

2.根据权利要求1所述的膨胀式锌基液流电池，其特征在于，所述负极电极框(8)在未膨胀状态的厚度为4-20mm，膨胀状态的极限厚度为6-25mm。

3.根据权利要求2所述的膨胀式锌基液流电池，其特征在于，所述负极电极框(8)膨胀伸长的方法为在负极电极框(8)轴向施加外力或增加电堆负极电解液压力使负极电极框(8)发生膨胀。

4.根据权利要求3所述的膨胀式锌基液流电池，其特征在于，所述负极电极框(8)的材料为弹性材料，所述弹性材料为弹性橡胶。

5.根据权利要求4所述的膨胀式锌基液流电池，其特征在于，所述负极电极框(8)的形状为中空的矩形框，矩形框的两端分别密封连接在正极电极框(4)和负极集流体(9)表面。

6.根据权利要求3所述的膨胀式锌基液流电池，其特征在于，所述负极电极框(8)包括波纹管和波纹管两端的连接板，波纹管能够伸缩变形。

7.根据权利要求6所述的膨胀式锌基液流电池，其特征在于，所述连接板分别固定在正极电极框(4)和负极集流体(9)表面，连接部位的周边采用密封胶密封。

8.根据权利要求1所述的膨胀式锌基液流电池，其特征在于，所述正极集流体(3)靠近正极片(5)的一侧、负极集流体(9)靠近负极片(7)的一侧均设有石墨板(10)，弹性组件固定在负极集流体(9)的石墨板(10)上。

9.根据权利要求1所述的膨胀式锌基液流电池，其特征在于，所述正极电极框(4)厚度2.5-4mm，正极片(5)厚度4-6mm；负极片(7)的厚度等于负极电极框(8)初始状态下的厚度。

10.根据权利要求1所述的膨胀式锌基液流电池，其特征在于，所述正极片(5)和负极片(7)均选自碳毡、石墨毡或者碳布。

技术总结本发明提出了一种膨胀式锌基液流电池，属于液流电池的的技术领域，用以解决锌基液流电池中锌沉积容量有限，能量密度不高的技术问题。本发明锌基液流电池包括电堆、电解液储存罐、循环泵和循环管路，所述电堆包括正极端板、电池组件、负极端板，所述电池组件包括依次叠合的正极集流体、正极电极框、正极片、隔膜、负极电极框、负极片和负极集流体，正极片和负极片分别设于正极电极框和负极电极框中；所述负极片粘结在负极集流体上，所述负极电极框在轴向上能够膨胀伸长，使负极片能够远离隔膜。本发明锌基液流电池在锌沉积的同时，同步增加沉积空间，增加了沉积量，提高了能量密度，也不会影响电池其他性能。技术研发人员：蔡迎军,王钧锐,李林林,闫杰杰,郑淮阳,王涛受保护的技术使用者：郑州中科新兴产业技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/29