1.本技術(shù)涉及儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全鐵液流電池、單電池、電堆和電解液。

背景技術(shù)：

2.液流電池是雙碳目標(biāo)下新型電力系統(tǒng)的支撐技術(shù)之一，也是新能源高滲透率落地的支撐技術(shù)之一。液流電池具有“高安全、大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)、長(zhǎng)壽命、彈性配置”等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前主要的液流電池技術(shù)路線包括全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池等，其中全釩液流電池技術(shù)最為成熟，處于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前期。當(dāng)前液流電池的主要挑戰(zhàn)是成本高，主要是由于物料清單(bill of materials，bom)成本高，其中電解液占總成本的40％-50％，電堆占20％左右。開(kāi)發(fā)低成本液流電池是該技術(shù)路線大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

3.全鐵液流電池是最具備成本優(yōu)勢(shì)的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)路線之一，同時(shí)在初始投資成本上也具優(yōu)勢(shì)。國(guó)外在全鐵液流電池技術(shù)領(lǐng)域起步早，率先實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用，我國(guó)相關(guān)研究處于小試和中試階段。當(dāng)前主要技術(shù)瓶頸在于負(fù)極動(dòng)力學(xué)緩慢、產(chǎn)生枝晶，導(dǎo)致電堆功率密度低、容量低和效率低。開(kāi)發(fā)新型電解液、高性能電堆和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是影響當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和主要技術(shù)發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本技術(shù)提供一種全鐵液流電池、單電池、電堆和電解液，以防止負(fù)極發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的枝晶刺破隔膜，提高電池的可靠性。

5.第一方面，提供了一種全鐵液流單電池，包括依次堆疊的負(fù)極雙極板、負(fù)極、隔膜、正極和正極雙極板；所述負(fù)極包括堆疊的多個(gè)電極材料，所述多個(gè)電極材料中的每?jī)蓚€(gè)電極材料之間具有孔道，所述孔道與所述隔膜之間的夾角大于0

°

且小于180

°

；所述負(fù)極發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)物質(zhì)沉積在所述孔道內(nèi)表面；所述電極材料包括以下至少一種：鐵、碳。

6.在該方面中，負(fù)極中的孔道具有取向作用，枝晶會(huì)沿著與孔內(nèi)壁具有一定角度的方向生長(zhǎng)，這樣產(chǎn)生的枝晶被控制在孔道內(nèi)，可以防止刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路，提高了電池的可靠性。

7.在一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述孔道與所述隔膜之間的夾角為90

°

。

8.在該實(shí)現(xiàn)中，在負(fù)極發(fā)生反應(yīng)、進(jìn)行電池充電時(shí)，二價(jià)鐵離子fe

2+

轉(zhuǎn)化為單質(zhì)鐵fe，單質(zhì)鐵沉積在電極孔道內(nèi)表面。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，沉積的單質(zhì)鐵的量逐漸增加，并均勻附著在負(fù)極的孔道表面，若局部因?yàn)橐后w流動(dòng)、電流分布不勻等因素導(dǎo)致單質(zhì)鐵分布不均勻，或者局部富集，富集起來(lái)的單質(zhì)鐵形成枝晶，因?yàn)榭椎赖娜∠蜃饔茫?huì)沿著垂直孔內(nèi)壁的方向生長(zhǎng)，這樣產(chǎn)生的枝晶被控制在電極孔內(nèi)，生長(zhǎng)方向也得到有效控制，不會(huì)產(chǎn)生垂直隔膜方向、生長(zhǎng)尺寸較大的、可能刺入隔膜的枝晶。該電極很好發(fā)揮抑制和控制枝晶，保護(hù)隔膜的作用。同時(shí)做為負(fù)極反應(yīng)的發(fā)生的載體，電極的取向結(jié)構(gòu)，有效控制電解液傳遞，對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳遞更為有效，可以提升電極反應(yīng)活性，降低低活化極化、歐姆極化和濃差極化，從而提升電極反應(yīng)電流密度，提升電池性能。

9.在另一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述負(fù)極與所述隔膜之間還包括惰性層，所述惰性層具有多孔結(jié)構(gòu)；所述惰性層用于阻隔所述負(fù)極脫落的沉積物到達(dá)所述隔膜，以及所述惰性層還用于傳遞電解液。

10.在該實(shí)現(xiàn)中，負(fù)極與隔膜之間還包括惰性層，惰性層具有多孔結(jié)構(gòu)，可以作為電極和隔膜的緩沖層，可以進(jìn)一步隔絕電極與隔膜，增加二者之間的間隙。惰性層的骨架具有阻隔負(fù)極可能脫落的沉積物(如鐵顆粒、鐵枝晶)的作用，惰性層的孔內(nèi)用于傳遞電解液，可以發(fā)揮連接隔膜和電極離子通道的作用，既隔絕了電極固態(tài)物質(zhì)可能對(duì)隔膜造成的傷害，消除潛在的電極固態(tài)物質(zhì)對(duì)隔膜的物理?yè)p傷，又聯(lián)通了離子，有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命。

11.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述孔道的孔徑范圍為10nm-10um。

12.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述惰性層的厚度為0.1um-20um。

13.在該實(shí)現(xiàn)中，該惰性層為超薄惰性層。惰性層的孔內(nèi)用于傳遞電解液，可以發(fā)揮連接隔膜和電極離子通道的作用，既隔絕了電極固態(tài)物質(zhì)可能對(duì)隔膜造成的傷害，又聯(lián)通了離子，有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命。

14.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述惰性層包括以下至少一種材料：多孔顆粒、碳纖維紙、碳納米管、石墨烯。

15.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述隔膜用于隔絕所述正極和所述負(fù)極中的活性物質(zhì)和水分子，以及用于允許電解液中的支持電解質(zhì)正/負(fù)離子通過(guò)。

16.在該實(shí)現(xiàn)中，該隔膜為多孔膜材料。多孔膜材料的孔道允許電解液中的支持電解質(zhì)正/負(fù)離子通過(guò)，從而聯(lián)通正負(fù)極離子電路，同時(shí)隔絕兩側(cè)活性物質(zhì)和水分子等物質(zhì)，保證電池在充/放電過(guò)程中高效工作。

17.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述隔膜包括以下至少一種材料：非氟多孔高分子膜、玻璃纖維膜、木質(zhì)纖維膜。

18.在該實(shí)現(xiàn)中，與其他液流電池電解液不同，本技術(shù)中使用的電解液不具有強(qiáng)腐蝕性，所以對(duì)隔膜材料的耐腐蝕性要求低，并且對(duì)超薄惰性層可以提供一定支撐作用，并且發(fā)揮阻隔活性物質(zhì)和聯(lián)通離子通道的部分功能，因此可以使用非氟多孔高分子膜、玻璃纖維膜、木質(zhì)纖維膜做為液流電池的隔膜，這些隔膜在該體系中穩(wěn)定工作，同時(shí)原料易得、制備工藝較含氟隔膜材料簡(jiǎn)單、成本低，可以有效降低電池成本。

19.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述隔膜的厚度為1um-120um，孔徑1nm-1um。

20.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述正極為多孔碳材料。

21.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述正極包括以下至少一種材料：石墨紙、石墨氈、石墨布、碳?xì)帧⑻疾?、碳紙?br />
22.在該實(shí)現(xiàn)中，正極作為正極反應(yīng)發(fā)生的載體，具備低活化極化、低歐姆極化和低濃差極化，高可逆性和高電流密度的特征。

23.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述負(fù)極雙極板、所述正極雙極板包括碳材料、金屬材料、聚乙烯(polyethylene，pe)/聚丙烯(polypropylene，pp)等熱熔高分子復(fù)合材料，所述負(fù)極雙極板、所述正極雙極板用于收集電流。

24.第二方面，提供了一種全鐵液流電堆，包括至少一個(gè)如第一方面或第一方面的任意一種實(shí)現(xiàn)所述的全鐵液流單電池，所述至少一個(gè)全鐵液流單電池串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。

25.在該方面中，該電堆中的單電池中的負(fù)極中的孔道具有取向作用，枝晶會(huì)沿著與

孔內(nèi)壁具有一定角度的方向生長(zhǎng)，這樣產(chǎn)生的枝晶被控制在孔道內(nèi)，可以防止刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路，提高了電池的可靠性；

26.且負(fù)極做為負(fù)極反應(yīng)的發(fā)生的載體，電極的取向結(jié)構(gòu)，有效控制電解液傳遞，對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳遞更為有效，可以提升電極反應(yīng)活性，降低低活化極化、歐姆極化和濃差極化，從而提升電極反應(yīng)電流密度，提升電池性能；

27.負(fù)極與隔膜之間還包括惰性層，惰性層具有多孔結(jié)構(gòu)，可以作為電極和隔膜的緩沖層。惰性層的骨架具有阻隔負(fù)極可能脫落的沉積物(如鐵顆粒、鐵枝晶)的作用，惰性層的孔內(nèi)用于傳遞電解液，可以發(fā)揮連接隔膜和電極離子通道的作用，既隔絕了電極固態(tài)物質(zhì)可能對(duì)隔膜造成的傷害，又聯(lián)通了離子，有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命；

28.其中的隔膜為多孔膜材料。多孔膜材料的孔道允許電解液中的支持電解質(zhì)正/負(fù)離子通過(guò)，從而聯(lián)通正負(fù)極離子電路，同時(shí)隔絕兩側(cè)活性物質(zhì)和水分子等物質(zhì)，保證電池在充/放電過(guò)程中高效工作；

29.可以使用非氟多孔高分子膜、玻璃纖維膜、木質(zhì)纖維膜做為液流電池的隔膜，這些隔膜在該體系中穩(wěn)定工作，同時(shí)原料易得、制備工藝較含氟隔膜材料簡(jiǎn)單、成本低，可以有效降低電池成本。

30.示例性地，電堆由5-100個(gè)單電池串聯(lián)或分組串聯(lián)而成。

31.第三方面，提供了一種全鐵液流電池，包括如第二方面所述的電堆、裝有正極電解液的第一儲(chǔ)液容器、裝有負(fù)極電解液的第二儲(chǔ)液容器、第一電解液循環(huán)泵和第二電解液循環(huán)泵；所述第一儲(chǔ)液容器中的正極電解液在所述第一電解液循環(huán)泵的作用下輸入所述電堆的正極和從所述電堆的正極輸出；所述第二儲(chǔ)液容器中的負(fù)極電解液在所述第二電解液循環(huán)泵的作用下輸入所述電堆的負(fù)極和從所述電堆的負(fù)極輸出。

32.在該方面中，該全鐵液流電池中的單電池的負(fù)極中的孔道具有取向作用，枝晶會(huì)沿著與孔內(nèi)壁具有一定角度的方向生長(zhǎng)，這樣產(chǎn)生的枝晶被控制在孔道內(nèi)，可以防止刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路，提高了電池的可靠性；

33.且負(fù)極做為負(fù)極反應(yīng)的發(fā)生的載體，電極的取向結(jié)構(gòu)，有效控制電解液傳遞，對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳遞更為有效，可以提升電極反應(yīng)活性，降低低活化極化、歐姆極化和濃差極化，從而提升電極反應(yīng)電流密度，提升電池性能；

34.負(fù)極與隔膜之間還包括惰性層，惰性層具有多孔結(jié)構(gòu)，可以作為電極和隔膜的緩沖層。惰性層的骨架具有阻隔負(fù)極可能脫落的沉積物(如鐵顆粒、鐵枝晶)的作用，惰性層的孔內(nèi)用于傳遞電解液，可以發(fā)揮連接隔膜和電極離子通道的作用，既隔絕了電極固態(tài)物質(zhì)可能對(duì)隔膜造成的傷害，又聯(lián)通了離子，有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命；

35.其中的隔膜為多孔膜材料。多孔膜材料的孔道允許電解液中的支持電解質(zhì)正/負(fù)離子通過(guò)，從而聯(lián)通正負(fù)極離子電路，同時(shí)隔絕兩側(cè)活性物質(zhì)和水分子等物質(zhì)，保證電池在充/放電過(guò)程中高效工作；

36.可以使用非氟多孔高分子膜、玻璃纖維膜、木質(zhì)纖維膜做為液流電池的隔膜，這些隔膜在該體系中穩(wěn)定工作，同時(shí)原料易得、制備工藝較含氟隔膜材料簡(jiǎn)單、成本低，可以有效降低電池成本。

37.第四方面，提供了一種電解液，包括正極電解液和負(fù)極電解液；其中，所述負(fù)極電解液為包括以下至少一種物質(zhì)的水溶液：亞鐵鹽、負(fù)極支持電解質(zhì)、添加劑；所述正極電解

液為包括以下至少一種物質(zhì)的水溶液：亞鐵鹽、鐵鹽、正極支持電解質(zhì)。

38.在該方面中，fe基正負(fù)極活性物質(zhì)來(lái)源廣泛，無(wú)資源限制對(duì)電解液bom成本低，有助于實(shí)現(xiàn)液流電池的低成本化，且反應(yīng)條件溫和，化學(xué)環(huán)境溫和，腐蝕性弱，其他材料要求低，可以使用非氟多孔隔膜材料，進(jìn)一步降低電池成本；電極反應(yīng)活性好，電流密度≥120ma cm-2

，功率密度≥100mw cm-2

，面比電阻低，電池能量效率高。

39.在一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述負(fù)極鐵基活性物質(zhì)的濃度≥0.5mol l-1

。

40.在另一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述負(fù)極鐵基活性物質(zhì)的濃度為0.5-3mol l-1

。

41.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述負(fù)極支持電解質(zhì)包括以下至少一種物質(zhì)：堿金屬離子的氯化物、氯化銨、硫酸鹽、水溶性有機(jī)鹽。

42.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述負(fù)極支持電解質(zhì)的濃度是0.1-10mol l-1

。

43.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述添加劑包括以下至少一種物質(zhì)：二甲基亞砜、硫代硫酸鈉、磺酸鹽。

44.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述正極鐵基活性物質(zhì)的濃度為0.5-12mol l-1

。

45.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述正極支持電解質(zhì)包括以下至少一種物質(zhì)：堿金屬離子的氯化物、硫酸鹽、水溶性有機(jī)鹽。

46.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述負(fù)極支持電解質(zhì)的濃度為0.1-10mol l-1

。

47.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述亞鐵鹽包括以下至少一種物質(zhì)：氯化亞鐵、硫酸亞鐵、有機(jī)絡(luò)和鐵。

48.在又一種可能的實(shí)現(xiàn)中，所述正極電解液、所述負(fù)極電解液的ph值范圍為1-14。

附圖說(shuō)明

49.圖1為漿液電極的示意圖；

50.圖2為基于漿液電極的全鐵液流電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

51.圖3為本技術(shù)實(shí)施例提供的一種全鐵液流電池電堆和單電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

52.圖4為本技術(shù)實(shí)施例提供的全鐵液流單電池中的負(fù)極的示意圖。

具體實(shí)施方式

53.下面結(jié)合本技術(shù)實(shí)施例中的附圖對(duì)本技術(shù)實(shí)施例進(jìn)行描述。

54.液流電池由電解液、電堆、控制系統(tǒng)(包括電池管理系統(tǒng)(battery management system，bms)、變流器等)等材料和部件構(gòu)成。其中，電解液由活性物質(zhì)、支持電解液和溶劑構(gòu)成。電堆由多個(gè)單電池構(gòu)成。單電池一般由正/負(fù)極、隔膜、正/負(fù)極雙極板構(gòu)成。

55.當(dāng)前的全鐵液流電池技術(shù)路線包括基于漿液電極的全鐵液流電池和全溶性全鐵液流電池。其中，前者處于產(chǎn)業(yè)化階段，是主要的技術(shù)路線；后者還處于技術(shù)研發(fā)階段。

56.基于漿液電極的全鐵液流電池正極是三價(jià)鐵(fe

3+

)和二價(jià)鐵(fe

2+

)的電極反應(yīng)；負(fù)極是二價(jià)鐵(fe

2+

)和零價(jià)鐵(fe0)的電極反應(yīng)。充放電過(guò)程中，正極反應(yīng)發(fā)生在溶液中；負(fù)極反應(yīng)在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生fe的固/液相變，相變過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生枝晶，同時(shí)可能發(fā)生副反應(yīng)。

57.為了克服枝晶的影響，提出了一種漿液電極。如圖1所示，為漿液電極的示意圖，漿液電極由碳顆粒電極、鐵基活性物質(zhì)和溶劑構(gòu)成。如圖2所示，為基于漿液電極的全鐵液流

電池的結(jié)構(gòu)示意圖，在充放電過(guò)程中，鐵基活性物質(zhì)在碳顆粒電極表面發(fā)生溶解和沉積，同時(shí)漿液電極被通過(guò)輸送泵輸送至外部的儲(chǔ)罐中，在電極腔室和儲(chǔ)罐間循環(huán)，目的是控制枝晶的生長(zhǎng)。這種電極對(duì)抑制枝晶生長(zhǎng)有一定的效果，鐵基活性物質(zhì)在發(fā)生沉積時(shí)，被分散附著在不同的碳顆粒表面，相較于大面積整體的碳電極表面沉積的鐵單質(zhì)，這類電極對(duì)其進(jìn)行了離散化。但是，對(duì)于單個(gè)的碳顆粒，還是無(wú)法克服其表面沉積的單質(zhì)鐵的富集，從而在碳顆粒表面生成枝晶。因此該電極還是存在一定的缺陷，無(wú)法從根本上抑制枝晶的產(chǎn)生，因此需要開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，抑制枝晶的產(chǎn)生和生長(zhǎng)。

58.由此可見(jiàn)，基于漿液電極的全鐵液流電池，負(fù)極發(fā)生二價(jià)鐵和零價(jià)鐵的相變反應(yīng)，反應(yīng)速率較液相電極反應(yīng)慢，同時(shí)在電極反應(yīng)相變過(guò)程中，容易導(dǎo)致單質(zhì)鐵局部匯集，產(chǎn)生枝晶，刺破隔膜，造成電池短路，導(dǎo)致電池效率降低，甚至造成電池的損壞。

59.有鑒于此，本技術(shù)實(shí)施例提供一種全鐵液流電池、單電池、電堆和電解液，該全鐵液流單電池包括依次堆疊的負(fù)極雙極板、負(fù)極、隔膜、正極和正極雙極板；負(fù)極包括堆疊的多個(gè)電極材料，多個(gè)電極材料中的每?jī)蓚€(gè)電極材料之間具有孔道，孔道與隔膜之間的夾角大于0

°

且小于180

°

；負(fù)極發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)物質(zhì)沉積在孔道內(nèi)表面；電極材料包括以下至少一種：鐵、碳。還公開(kāi)了相應(yīng)的全鐵液流電堆、電池和電解液。采用本技術(shù)實(shí)施例的方案，負(fù)極中的孔道具有取向作用，枝晶會(huì)沿著與孔內(nèi)壁具有一定角度的方向生長(zhǎng)，這樣產(chǎn)生的枝晶被控制在孔道內(nèi)，可以防止刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路，提高了電池的可靠性。

60.以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本技術(shù)的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭示的內(nèi)容了解本技術(shù)的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。雖然本技術(shù)的描述將結(jié)合較佳實(shí)施例一起介紹，但這并不代表此申請(qǐng)的特征僅限于該實(shí)施方式。恰恰相反，結(jié)合實(shí)施方式作申請(qǐng)介紹的目的是為了覆蓋基于本技術(shù)的權(quán)利要求而有可能延伸出的其它選擇或改造。為了提高對(duì)本技術(shù)的深度了解，以下描述中將包含許多具體的細(xì)節(jié)。本技術(shù)也可以不使用這些細(xì)節(jié)實(shí)施。此外，為了避免混亂或模糊本技術(shù)的重點(diǎn)，有些具體細(xì)節(jié)將在描述中被省略。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本技術(shù)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

61.以下，如果有用到，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本技術(shù)的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。“上”、“下”、“左”、“右”等方位術(shù)語(yǔ)是相對(duì)于附圖中的部件示意置放的方位來(lái)定義的，應(yīng)當(dāng)理解到，這些方向性術(shù)語(yǔ)是相對(duì)的概念，它們用于相對(duì)于的描述和澄清，其可以根據(jù)附圖中部件所放置的方位的變化而相應(yīng)地發(fā)生變化。

62.在本技術(shù)中，一結(jié)構(gòu)大致呈某一形狀，指從宏觀看該結(jié)構(gòu)總體呈現(xiàn)該形狀，并在局部可能具有調(diào)整。如大致呈方形，可以理解為其中一邊為弧形而非直線的形狀也包括在范圍內(nèi)。一特征與另一特征大致同軸，可以理解為兩特征的軸線之間的距離不超過(guò)任一特征在垂直于軸線的尺寸的20％。

63.在本技術(shù)中，如果有用到，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，“連接”可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以說(shuō)直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接連接。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

64.在下述實(shí)施例結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件局部結(jié)構(gòu)的圖

會(huì)不依一般比例作局部放大，而且該示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本技術(shù)保護(hù)的范圍。

65.為使本技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

66.如圖3所示，為本技術(shù)實(shí)施例提供的一種全鐵液流電池電堆和單電池的結(jié)構(gòu)示意圖。該全鐵液流單電池包括依次堆疊的(負(fù)極)雙極板、(取向)負(fù)極、隔膜、正極和(正極)雙極板。

67.如圖4所示，為本技術(shù)實(shí)施例提供的全鐵液流單電池中的負(fù)極的示意圖，上述負(fù)極包括堆疊的多個(gè)電極材料。上述多個(gè)電極材料中的每?jī)蓚€(gè)電極材料之間具有孔道，上述孔道與上述隔膜之間的夾角大于0

°

且小于180

°

。上述負(fù)極發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)物質(zhì)沉積在上述孔道內(nèi)表面。上述電極材料包括以下至少一種：鐵(fe)、碳(c)。即取向負(fù)極可以由多孔取向的fe、c等材料一種或幾種構(gòu)成。

68.示例性地，上述孔道的孔徑范圍為10nm-10um。

69.本實(shí)施例中的負(fù)極中的孔道具有取向作用，枝晶會(huì)沿著與孔內(nèi)壁具有一定角度的方向生長(zhǎng)，這樣產(chǎn)生的枝晶被控制在孔道內(nèi)，可以防止刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路，提高了電池的可靠性。

70.其中，該單電池的反應(yīng)如下：

71.電池反應(yīng)(1.21v)：

72.進(jìn)一步地，上述孔道與上述隔膜之間的夾角為90

°

。即本實(shí)施例的負(fù)極為多孔取向電極，孔道垂直隔膜方向。

73.在負(fù)極發(fā)生反應(yīng)、進(jìn)行電池充電時(shí)，二價(jià)鐵離子fe

2+

轉(zhuǎn)化為單質(zhì)鐵fe，單質(zhì)鐵沉積在電極孔道內(nèi)表面。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，沉積的單質(zhì)鐵的量逐漸增加，并均勻附著在負(fù)極的孔道表面，若局部因?yàn)橐后w流動(dòng)、電流分布不勻等因素導(dǎo)致單質(zhì)鐵分布不均勻，或者局部富集，富集起來(lái)的單質(zhì)鐵形成枝晶，因?yàn)榭椎赖娜∠蜃饔?，枝晶?huì)沿著垂直孔內(nèi)壁的方向生長(zhǎng)，這樣產(chǎn)生的枝晶被控制在電極孔內(nèi)，生長(zhǎng)方向也得到有效控制，不會(huì)產(chǎn)生垂直隔膜方向、生長(zhǎng)尺寸較大的、可能刺入隔膜的枝晶。該電極很好發(fā)揮抑制和控制枝晶，保護(hù)隔膜的作用。同時(shí)做為負(fù)極反應(yīng)的發(fā)生的載體，電極的取向結(jié)構(gòu)，有效控制電解液傳遞，對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳遞更為有效，可以提升電極反應(yīng)活性，降低低活化極化、歐姆極化和濃差極化，從而提升電極反應(yīng)電流密度，提升電池性能。

74.其中，負(fù)極反應(yīng)的公式如下：

75.負(fù)極反應(yīng)(-0.44v)：

76.進(jìn)一步地，上述負(fù)極與上述隔膜之間還包括惰性層，上述惰性層具有多孔結(jié)構(gòu)。上述惰性層用于阻隔上述負(fù)極脫落的沉積物到達(dá)上述隔膜，以及上述惰性層還用于傳遞電解液。

77.在本實(shí)施例中，負(fù)極與隔膜之間還包括惰性層，惰性層具有多孔結(jié)構(gòu)，可以作為電極和隔膜的緩沖層，可以進(jìn)一步隔絕電極與隔膜，增加二者之間的間隙。惰性層的骨架具有阻隔負(fù)極可能脫落的沉積物(如鐵顆粒、鐵枝晶)的作用，惰性層的孔內(nèi)用于傳遞電解液，可

以發(fā)揮連接隔膜和電極離子通道的作用，既隔絕了電極固態(tài)物質(zhì)可能對(duì)隔膜造成的傷害，消除潛在的電極固態(tài)物質(zhì)對(duì)隔膜的物理?yè)p傷，又聯(lián)通了離子，有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命。

78.進(jìn)一步地，上述惰性層的厚度為0.1um-20um。

79.即該惰性層為超薄惰性層。惰性層的孔內(nèi)用于傳遞電解液，可以發(fā)揮連接隔膜和電極離子通道的作用，既隔絕了電極固態(tài)物質(zhì)可能對(duì)隔膜造成的傷害，又聯(lián)通了離子，有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命。

80.進(jìn)一步地，上述惰性層包括以下至少一種材料：多孔顆粒、碳纖維紙、碳納米管、石墨烯。

81.進(jìn)一步地，上述隔膜用于隔絕上述正極和上述負(fù)極中的活性物質(zhì)和水分子，以及用于允許電解液中的支持電解質(zhì)正/負(fù)離子通過(guò)。

82.該隔膜為多孔膜材料。多孔膜材料的孔道允許電解液中的支持電解質(zhì)正/負(fù)離子通過(guò)，從而聯(lián)通正負(fù)極離子電路，同時(shí)隔絕兩側(cè)活性物質(zhì)和水分子等物質(zhì)，保證電池在充/放電過(guò)程中高效工作。

83.進(jìn)一步地，上述隔膜包括以下至少一種材料：非氟多孔高分子膜、玻璃纖維膜、木質(zhì)纖維膜。

84.與其他液流電池電解液不同，本技術(shù)中使用的電解液不具有強(qiáng)腐蝕性，所以對(duì)隔膜材料的耐腐蝕性要求低，并且對(duì)超薄惰性層可以提供一定支撐作用，并且發(fā)揮阻隔活性物質(zhì)和聯(lián)通離子通道的部分功能，因此可以使用非氟多孔高分子膜、玻璃纖維膜、木質(zhì)纖維膜做為液流電池的隔膜，這些隔膜在該體系中穩(wěn)定工作，同時(shí)原料易得、制備工藝較含氟隔膜材料簡(jiǎn)單、成本低，可以有效降低電池成本。

85.進(jìn)一步地，上述隔膜的厚度為1um-120um，孔徑1nm-1um。

86.進(jìn)一步地，上述正極為多孔碳材料。

87.進(jìn)一步地，上述正極包括以下至少一種材料：石墨紙、石墨氈、石墨布、碳?xì)?、碳布、碳紙?br />
88.其中，正極反應(yīng)的公式如下：

89.正極反應(yīng)(0

·

77v):

90.正極作為正極反應(yīng)發(fā)生的載體，具備低活化極化、低歐姆極化和低濃差極化，高可逆性和高電流密度的特征。

91.進(jìn)一步地，上述負(fù)極雙極板、上述正極雙極板包括碳材料、金屬材料、聚乙烯(polyethylene，pe)/聚丙烯(polypropylene，pp)等熱熔高分子復(fù)合材料，上述負(fù)極雙極板、上述正極雙極板用于收集電流。

92.本實(shí)施例還提供了一種全鐵液流電堆。如圖3所示，該全鐵液流電堆包括至少一個(gè)上述全鐵液流單電池，上述至少一個(gè)全鐵液流單電池串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。

93.該電堆中的單電池中的負(fù)極中的孔道具有取向作用，枝晶會(huì)沿著與孔內(nèi)壁具有一定角度的方向生長(zhǎng)，這樣產(chǎn)生的枝晶被控制在孔道內(nèi)，可以防止刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路，提高了電池的可靠性；

94.且負(fù)極做為負(fù)極反應(yīng)的發(fā)生的載體，電極的取向結(jié)構(gòu)，有效控制電解液傳遞，對(duì)反

應(yīng)物和產(chǎn)物的傳遞更為有效，可以提升電極反應(yīng)活性，降低低活化極化、歐姆極化和濃差極化，從而提升電極反應(yīng)電流密度，提升電池性能；

95.負(fù)極與隔膜之間還包括惰性層，惰性層具有多孔結(jié)構(gòu)，可以作為電極和隔膜的緩沖層。惰性層的骨架具有阻隔負(fù)極可能脫落的沉積物(如鐵顆粒、鐵枝晶)的作用，惰性層的孔內(nèi)用于傳遞電解液，可以發(fā)揮連接隔膜和電極離子通道的作用，既隔絕了電極固態(tài)物質(zhì)可能對(duì)隔膜造成的傷害，又聯(lián)通了離子，有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命；

96.其中的隔膜為多孔膜材料。多孔膜材料的孔道允許電解液中的支持電解質(zhì)正/負(fù)離子通過(guò)，從而聯(lián)通正負(fù)極離子電路，同時(shí)隔絕兩側(cè)活性物質(zhì)和水分子等物質(zhì)，保證電池在充/放電過(guò)程中高效工作；

97.可以使用非氟多孔高分子膜、玻璃纖維膜、木質(zhì)纖維膜做為液流電池的隔膜，這些隔膜在該體系中穩(wěn)定工作，同時(shí)原料易得、制備工藝較含氟隔膜材料簡(jiǎn)單、成本低，可以有效降低電池成本。

98.示例性地，電堆由5-100個(gè)單電池串聯(lián)或分組串聯(lián)而成。

99.本實(shí)施例還提供了一種全鐵液流電池，包括上述電堆、裝有正極電解液的第一儲(chǔ)液容器、裝有負(fù)極電解液的第二儲(chǔ)液容器、第一電解液循環(huán)泵和第二電解液循環(huán)泵；上述第一儲(chǔ)液容器中的正極電解液在上述第一電解液循環(huán)泵的作用下輸入上述電堆的正極和從上述電堆的正極輸出；上述第二儲(chǔ)液容器中的負(fù)極電解液在上述第二電解液循環(huán)泵的作用下輸入上述電堆的負(fù)極和從上述電堆的負(fù)極輸出。

100.示例性地，上述儲(chǔ)液容器可以是儲(chǔ)罐。正負(fù)極電解液分別儲(chǔ)存在外置的正負(fù)極儲(chǔ)罐中，并通過(guò)泵輸送到相應(yīng)的電極中，反應(yīng)后物質(zhì)返回相應(yīng)儲(chǔ)罐中。

101.在本實(shí)施例中，該全鐵液流電池中的單電池的負(fù)極中的孔道具有取向作用，枝晶會(huì)沿著與孔內(nèi)壁具有一定角度的方向生長(zhǎng)，這樣產(chǎn)生的枝晶被控制在孔道內(nèi)，可以防止刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路，提高了電池的可靠性；

102.且負(fù)極做為負(fù)極反應(yīng)的發(fā)生的載體，電極的取向結(jié)構(gòu)，有效控制電解液傳遞，對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳遞更為有效，可以提升電極反應(yīng)活性，降低低活化極化、歐姆極化和濃差極化，從而提升電極反應(yīng)電流密度，提升電池性能；

103.負(fù)極與隔膜之間還包括惰性層，惰性層具有多孔結(jié)構(gòu)，可以作為電極和隔膜的緩沖層。惰性層的骨架具有阻隔負(fù)極可能脫落的沉積物(如鐵顆粒、鐵枝晶)的作用，惰性層的孔內(nèi)用于傳遞電解液，可以發(fā)揮連接隔膜和電極離子通道的作用，既隔絕了電極固態(tài)物質(zhì)可能對(duì)隔膜造成的傷害，又聯(lián)通了離子，有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命；

104.其中的隔膜為多孔膜材料。多孔膜材料的孔道允許電解液中的支持電解質(zhì)正/負(fù)離子通過(guò)，從而聯(lián)通正負(fù)極離子電路，同時(shí)隔絕兩側(cè)活性物質(zhì)和水分子等物質(zhì)，保證電池在充/放電過(guò)程中高效工作；

105.可以使用非氟多孔高分子膜、玻璃纖維膜、木質(zhì)纖維膜做為液流電池的隔膜，這些隔膜在該體系中穩(wěn)定工作，同時(shí)原料易得、制備工藝較含氟隔膜材料簡(jiǎn)單、成本低，可以有效降低電池成本。

106.上述實(shí)施例中使用的電解液，包括正極電解液和負(fù)極電解液；其中，上述負(fù)極電解液為包括以下至少一種物質(zhì)的水溶液：亞鐵鹽、負(fù)極支持電解質(zhì)、添加劑；上述正極電解液為包括以下至少一種物質(zhì)的水溶液：亞鐵鹽、鐵鹽、正極支持電解質(zhì)。

107.fe基正負(fù)極活性物質(zhì)來(lái)源廣泛，無(wú)資源限制對(duì)電解液bom成本低，有助于實(shí)現(xiàn)液流電池的低成本化，且反應(yīng)條件溫和，化學(xué)環(huán)境溫和，腐蝕性弱，其他材料要求低，可以使用非氟多孔隔膜材料，進(jìn)一步降低電池成本；電極反應(yīng)活性好，電流密度≥120ma cm-2

，功率密度≥100mw cm-2

，面比電阻低，電池能量效率高。

108.進(jìn)一步地，上述負(fù)極鐵基活性物質(zhì)的濃度≥0.5mol l-1

。

109.進(jìn)一步地，上述負(fù)極鐵基活性物質(zhì)的濃度為0.5-3mol l-1

。

110.進(jìn)一步地，上述負(fù)極鐵基活性物質(zhì)的濃度為1-2mol l-1

。

111.進(jìn)一步地，上述負(fù)極支持電解質(zhì)包括以下至少一種物質(zhì)：堿金屬離子的氯化物、氯化銨、硫酸鹽、水溶性有機(jī)鹽。

112.進(jìn)一步地，上述負(fù)極支持電解質(zhì)的濃度是0.1-10mol l-1

。

113.進(jìn)一步地，上述負(fù)極支持電解質(zhì)的濃度是0.5-5mol l-1

。

114.進(jìn)一步地，上述負(fù)極支持電解質(zhì)的濃度是1-3mol l-1

。

115.進(jìn)一步地，上述添加劑包括以下至少一種物質(zhì)：二甲基亞砜、硫代硫酸鈉、磺酸鹽。

116.進(jìn)一步地，上述正極鐵基活性物質(zhì)的濃度為0.5-12mol l-1

。

117.進(jìn)一步地，上述正極支持電解質(zhì)包括以下至少一種物質(zhì)：堿金屬離子的氯化物、硫酸鹽、水溶性有機(jī)鹽。

118.進(jìn)一步地，上述負(fù)極支持電解質(zhì)的濃度為0.1-10mol l-1

。

119.進(jìn)一步地，上述亞鐵鹽包括以下至少一種物質(zhì)：氯化亞鐵、硫酸亞鐵、有機(jī)絡(luò)、鐵。

120.示例性地，上述亞鐵鹽為氯化亞鐵或硫酸亞鐵。

121.示例性地，上述亞鐵鹽為氯化亞鐵。

122.進(jìn)一步地，上述正極電解液、上述負(fù)極電解液的ph值范圍為1-14。本實(shí)施例中的電解液ph值為中性和近中性。

123.采用本實(shí)施例提供的電解液，fe基正負(fù)極活性物質(zhì)來(lái)源廣泛，無(wú)資源限制對(duì)電解液bom成本低，有助于實(shí)現(xiàn)液流電池的低成本化，且反應(yīng)條件溫和，化學(xué)環(huán)境溫和，腐蝕性弱，其他材料要求低，可以使用非氟多孔隔膜材料，進(jìn)一步降低電池成本；電極反應(yīng)活性好，電流密度≥120ma cm-2

，功率密度≥100mw cm-2

，面比電阻低，電池能量效率高。

124.可以理解的是，本技術(shù)的實(shí)施例中的處理器可以是中央處理單元(central processing unit，cpu)，還可以是其它通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(digital signal processor，dsp)、專用集成電路(application specific integrated circuit，asic)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(field programmable gate array，fpga)或者其它可編程邏輯器件、晶體管邏輯器件，硬件部件或者其任意組合。通用處理器可以是微處理器，也可以是任何常規(guī)的處理器。

125.本技術(shù)的實(shí)施例中的方法步驟可以通過(guò)硬件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以由處理器執(zhí)行軟件指令的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件指令可以由相應(yīng)的軟件模塊組成，軟件模塊可以被存放于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、閃存、只讀存儲(chǔ)器、可編程只讀存儲(chǔ)器、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器、寄存器、硬盤、移動(dòng)硬盤、cd-rom或者本領(lǐng)域熟知的任何其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。一種示例性的存儲(chǔ)介質(zhì)耦合至處理器，從而使處理器能夠從該存儲(chǔ)介質(zhì)讀取信息，且可向該存儲(chǔ)介質(zhì)寫入信息。當(dāng)然，存儲(chǔ)介質(zhì)也可以是處理器的組成部分。處理器和存儲(chǔ)介質(zhì)可以位于asic中。另外，該asic可以位于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或終端設(shè)備中。當(dāng)然，處理器和存

儲(chǔ)介質(zhì)也可以作為分立組件存在于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或終端設(shè)備中。

126.在上述實(shí)施例中，可以全部或部分地通過(guò)軟件、硬件、固件或者其任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以全部或部分地以計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式實(shí)現(xiàn)。所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序或指令。在計(jì)算機(jī)上加載和執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序或指令時(shí)，全部或部分地執(zhí)行本技術(shù)實(shí)施例所述的流程或功能。所述計(jì)算機(jī)可以是通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、用戶設(shè)備或者其它可編程裝置。所述計(jì)算機(jī)程序或指令可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，或者從一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)向另一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)傳輸，例如，所述計(jì)算機(jī)程序或指令可以從一個(gè)網(wǎng)站站點(diǎn)、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或數(shù)據(jù)中心通過(guò)有線或無(wú)線方式向另一個(gè)網(wǎng)站站點(diǎn)、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或數(shù)據(jù)中心進(jìn)行傳輸。所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是計(jì)算機(jī)能夠存取的任何可用介質(zhì)或者是集成一個(gè)或多個(gè)可用介質(zhì)的服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。所述可用介質(zhì)可以是磁性介質(zhì)，例如，軟盤、硬盤、磁帶；也可以是光介質(zhì)，例如，數(shù)字視頻光盤；還可以是半導(dǎo)體介質(zhì)，例如，固態(tài)硬盤。

127.在本技術(shù)的各個(gè)實(shí)施例中，如果沒(méi)有特殊說(shuō)明以及邏輯沖突，不同的實(shí)施例之間的術(shù)語(yǔ)和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的實(shí)施例中的技術(shù)特征根據(jù)其內(nèi)在的邏輯關(guān)系可以組合形成新的實(shí)施例。

128.本技術(shù)中，“至少一個(gè)”是指一個(gè)或者多個(gè)，“多個(gè)”是指兩個(gè)或兩個(gè)以上?！昂?或”，描述關(guān)聯(lián)對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示可以存在三種關(guān)系，例如，a和/或b，可以表示：?jiǎn)为?dú)存在a，同時(shí)存在a和b，單獨(dú)存在b的情況，其中a，b可以是單數(shù)或者復(fù)數(shù)。在本技術(shù)的文字描述中，字符“/”，一般表示前后關(guān)聯(lián)對(duì)象是一種“或”的關(guān)系；在本技術(shù)的公式中，字符“/”，表示前后關(guān)聯(lián)對(duì)象是一種“相除”的關(guān)系。

129.可以理解的是，在本技術(shù)的實(shí)施例中涉及的各種數(shù)字編號(hào)僅為描述方便進(jìn)行的區(qū)分，并不用來(lái)限制本技術(shù)的實(shí)施例的范圍。上述各過(guò)程的序號(hào)的大小并不意味著執(zhí)行順序的先后，各過(guò)程的執(zhí)行順序應(yīng)以其功能和內(nèi)在邏輯確定。

130.在上述實(shí)施例中，對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述都各有側(cè)重，某個(gè)實(shí)施例中沒(méi)有詳述的部分，可以參見(jiàn)其他實(shí)施例的相關(guān)描述。

131.本技術(shù)實(shí)施例裝置中的部件可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行合并、劃分和刪減。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書中描述的不同實(shí)施例以及不同實(shí)施例的特征進(jìn)行結(jié)合或組合。

132.在本技術(shù)的實(shí)施例中涉及的各種數(shù)字編號(hào)僅為描述方便進(jìn)行的區(qū)分，并不用來(lái)限制本技術(shù)的實(shí)施例的范圍。上述各過(guò)程的序號(hào)的大小并不意味著執(zhí)行順序的先后，各過(guò)程的執(zhí)行順序應(yīng)以其功能和內(nèi)在邏輯確定。

133.以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本技術(shù)的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本技術(shù)各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。技術(shù)特征：

1.一種全鐵液流單電池，其特征在于，包括依次堆疊的負(fù)極雙極板、負(fù)極、隔膜、正極和正極雙極板；所述負(fù)極包括堆疊的多個(gè)電極材料，所述多個(gè)電極材料中的每?jī)蓚€(gè)電極材料之間具有孔道，所述孔道與所述隔膜之間的夾角大于0

°

且小于180

°

；所述負(fù)極發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)物質(zhì)沉積在所述孔道內(nèi)表面；所述電極材料包括以下至少一種：鐵、碳。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全鐵液流單電池，其特征在于，所述孔道與所述隔膜之間的夾角為90

°

。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全鐵液流單電池，其特征在于，所述負(fù)極與所述隔膜之間還包括惰性層，所述惰性層具有多孔結(jié)構(gòu)；所述惰性層用于阻隔所述負(fù)極脫落的沉積物到達(dá)所述隔膜，以及所述惰性層還用于傳遞電解液。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全鐵液流單電池，其特征在于，所述惰性層的厚度為0.1um-20um。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的全鐵液流單電池，其特征在于，所述惰性層包括以下至少一種材料：多孔顆粒、碳纖維紙、碳納米管、石墨烯。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的全鐵液流單電池，其特征在于，所述隔膜用于隔絕所述正極和所述負(fù)極中的活性物質(zhì)和水分子，以及用于允許電解液中的支持電解質(zhì)正/負(fù)離子通過(guò)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全鐵液流單電池，其特征在于，所述隔膜包括以下至少一種材料：非氟多孔高分子膜、玻璃纖維膜、木質(zhì)纖維膜。8.一種全鐵液流電堆，其特征在于，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的全鐵液流單電池，所述至少一個(gè)全鐵液流單電池串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。9.一種全鐵液流電池，其特征在于，包括如權(quán)利要求8所述的電堆、裝有正極電解液的第一儲(chǔ)液容器、裝有負(fù)極電解液的第二儲(chǔ)液容器、第一電解液循環(huán)泵和第二電解液循環(huán)泵；所述第一儲(chǔ)液容器中的正極電解液在所述第一電解液循環(huán)泵的作用下輸入所述電堆的正極和從所述電堆的正極輸出；所述第二儲(chǔ)液容器中的負(fù)極電解液在所述第二電解液循環(huán)泵的作用下輸入所述電堆的負(fù)極和從所述電堆的負(fù)極輸出。10.一種如權(quán)利要求9所述的電解液，其特征在于，包括正極電解液和負(fù)極電解液；其中，所述負(fù)極電解液為包括以下至少一種物質(zhì)的水溶液：亞鐵鹽、負(fù)極支持電解質(zhì)、添加劑；所述正極電解液為包括以下至少一種物質(zhì)的水溶液：亞鐵鹽、鐵鹽、正極支持電解質(zhì)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解液，其特征在于，所述負(fù)極鐵基活性物質(zhì)的濃度≥0.5mol l-1

。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電解液，其特征在于，所述負(fù)極鐵基活性物質(zhì)的濃度為0.5-3mol l-1

。13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述負(fù)極支持電解質(zhì)包括以下至少一種物質(zhì)：堿金屬離子的氯化物、氯化銨、硫酸鹽、水溶性有機(jī)鹽。

14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述負(fù)極支持電解質(zhì)的濃度是0.1-10mol l-1

。15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述添加劑包括以下至少一種物質(zhì)：二甲基亞砜、硫代硫酸鈉、磺酸鹽。16.根據(jù)權(quán)利要求10-15中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述正極鐵基活性物質(zhì)的濃度為0.5-12mol l-1

。17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的電解液，其特征在于，所述正極支持電解質(zhì)包括以下至少一種物質(zhì)：堿金屬離子的氯化物、硫酸鹽、水溶性有機(jī)鹽。18.根據(jù)權(quán)利要求10-17中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述負(fù)極支持電解質(zhì)的濃度為0.1-10mol l-1

。19.根據(jù)權(quán)利要求10-18中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述亞鐵鹽包括以下至少一種物質(zhì)：氯化亞鐵、硫酸亞鐵、有機(jī)絡(luò)、鐵。20.根據(jù)權(quán)利要求10-19中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述正極電解液、所述負(fù)極電解液的ph值范圍為1-14。

技術(shù)總結(jié)

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種全鐵液流電池、單電池、電堆和電解液。該全鐵液流單電池包括依次堆疊的負(fù)極雙極板、負(fù)極、隔膜、正極和正極雙極板；負(fù)極包括堆疊的多個(gè)電極材料，多個(gè)電極材料中的每?jī)蓚€(gè)電極材料之間具有孔道，孔道與隔膜之間的夾角大于0

技術(shù)研發(fā)人員：劉慶華 樂(lè)斌 張業(yè)正 李進(jìn) 羅維

受保護(hù)的技術(shù)使用者：華為數(shù)字能源技術(shù)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2023.02.20

技術(shù)公布日：2023/5/30