1。2 液流电池的概述

1。2。1 液流电池的发展及分类

1。2。2 液流电池的工作原理

液流电池作为一种新型的化学电源，又被称为氧化还原液流电池或氧化还原液流蓄能系统。双液流电池结构一般如图1-1所示，由电池堆、储液罐、循环泵组成。 

图1-1双液流电池原理图

液流电池外部的储液罐中储存着正、负极电解质溶液，电解质溶液通过泵和管路输送到液流电池的内部，电极内正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应，我们使用离子交换膜将阴极和阳极分开，实现电能与化学能的相互转换[16]。该电池可以实现电能和化学能的相互转化，是通过正、负极电解质溶液中的活性物质发生可逆氧化还原反应（即价态的可逆变化）来实现的。充电时，正极活性物质价态升高发生氧化反应；负极活性物质价态降低发生还原反应；放电过程与之相反，与一般的固态电池不同的是，液流电池的正极和（或）负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应，因此电池功率和容量可调节。

1。3 锌镍单液流电池的概述

1。3。1 锌镍单液流电池的工作原理

传统可充锌-氧化镍电池（简称锌镍电池）的历史可追溯到 1901 年，而比较关键的开发工作完成于 1960-1970 年代。主要是因为锌电极所以锌-镍蓄电池寿命比较短。锌电极充放电过程中固定在负极的 ZnO 与 Zn 反复相互转化，造成负极的钝化、锌再分布、枝晶生长。特别是负极生长的锌枝晶，电池会立即失效如果锌枝晶一旦穿过隔膜，因为会造成短路，因而与镉-镍电池、氢-镍电池相比，二次锌-镍电池处于下风，未能形成规模市场。锌镍单液流电池将二次电池使用的氧化镍电极作为锌镍液流电池的正极使用，将高浓度的锌酸盐的碱性溶液作为锌镍液流电池的电解质溶液，惰性金属集流体作为负极使用，电池充放电是通过泵循环电解液进行的，其正极反应完全在固相内完成，负极反应为表面沉积/溶解反应[17]。电池基本结构如图1-2所示。

图1-2锌镍单液流电池基本结构

锌镍液流电池采用氢氧化镍电极和惰性金属集流体分别作为正极和负极使用。将锌酸盐作为电解质溶液，将高浓度的KOH作为支持电解质使用。电极反应如下：

正极反应：

负极反应：电池总反应：

在锌镍液流电池体系中，正极反应的标准电位为+0。49V，负极反应的标准电位为-1。215V，因此，很容易得到锌镍液流电池的标准开路电压为1。705V。

在充电过程中，锌沉积在负极集流体表面，在放电过程中，生成了可溶性的锌酸盐。电解液的循环流动，降低了负极反应的浓差极化，有效抑制了锌枝晶的形成以及锌在多次循环后的不均匀分布[18]。

1。3。2 锌镍单液流电池的镍电极和锌负极

我们一般采用镍氢电池、镉镍电池等碱性电池常用的镍电极作为锌镍液流电池的镍电极。镍电极拥有很久的研究的历史，早在1887年的时候，在碱性电池中氧化镍已经开始作为正极活性物质开始应用。在早期的时候，活性物质Ni(OH)2与导电物质石墨混合组成氢氧化镍电极，随后经不断改进，出现了烧结基板式电极，并且随着工艺的逐渐成熟烧结基板式电池也逐渐实用化。在镍电极的发展史上，烧结式镍电极技术拥有很大的意义，但是烧结式的镍电极非常复杂不管是在工艺还是生产上。纤维式和发泡式镍基板近年来也相继问世。镍氢电池的正极适合使用泡沫镍涂膏式镍电极，因为该镍电极以质轻、孔隙率高的泡沫镍作为基体使其比容量较高。镍电极发展史上一个新的有意义的积极的开始可以说是泡沫镍电极的发明和应用。