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近年来,随着可再生能源技术的快速发展,加速了人们对低成本、长寿命、大容量储能系统的需求。大规模储能技术在增强未来电网的稳定性、可靠性、安全方面将起着至关重要的作用。2006年美国麻省理工学院(MIT)Sadoway团队提出“全液态金属电池”大规模储能的概念,受到国内外研究者的广泛关注。全液态金属电池不涉及隔膜与分离结构,具有电流密度高、循环寿命长、制作简单和易于放大等优点,在大规模储能中有着广阔的应用前景。本文通过混料试验设计方法,首先获得适用于锂基液态金属电池的低熔点全锂熔盐组分配比,测试出此组分熔盐体系(LiF-LiCl-LiBr)最基本的物性数据,然后开展以锂为负极的液态金属电池的研究,进行了锂基电池体系电极对的选择,1.2Ah容量原型电池制备与电化学性能测试,10Ah放大容量电池的密封结构设计、组装与充放电性能测试等。使用 Design-Expert 软件的混料设计模块(Mixture design techniques),选用单纯形格子设计(Simplex Lattice),优化(optimization)得到的LiF-LiCl-LiBr熔盐体系最低初晶温度值为416.586°C,摩尔百分比为21.2:30.8:48.0。此成分的初晶温度(熔点)测量值为444℃,460-520℃范围内的电导率测定值大于3.0S.cm-1、密度测定值介于2.17-2.42g.cm-3之间,满足锂基液态金属电池用熔盐特性的要求。按1.2Ah的理论容量、Li-Pb-Sb摩尔比例为45:38:17的全放电成分,使用LiF-LiCl-LiBr共晶电解质(Tm=444℃),电池组装后加热控温到490℃,在不同的电流密度下(150mA/cm2、300mA/cm2、500mA/cm2)进行了充放电循环测试。其中在150mA/cm2电流密度下实现98%的库伦效率和87.5%的电压效率,平均放电电压为0.8V,能量效率达到85.8%。电池的性能测试表明,液态金属和熔盐之间的电极-电解质界面上有超快的电荷转移动力学,液态金属电极内部有快速的物质传输。开展10Ah全密封电池的结构设计及试验,提出锂液内置式集流器的设计概念。通过1OAh电池多次的组装与测试,研究发现,放电过程中正极上还原出的金属Li不容易穿透较厚的Pb-Sb合金层,易在Pb-Sb合金层生成Li3Sb金属间化合物。