CN107112567A - 使液流电池的电解液再生的组件和使用该组件使液流电池的电解液再生的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够应用于液流电池中的使电解液再生的组件，以及使用该组件使液流电池的电解液再生的方法，更具体地，涉及一种使电解液再生的组件以及使用该组件使液流电池的电解液再生的方法，所述组件能够将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任一个引入至对电解液储存单元中，并且使阳极和阴极电解液中的一个沿着与电解液的引入方向相反的方向循环，以便均匀地混合阳极和阴极电解液，从而当液流电池长时间运行时，能够使由于阳极和阴极电解液通过它们之间的膜渗透现象而引起的电池容量的降低得到恢复。

Description

使液流电池的电解液再生的组件和使用该组件使液流电池的 电解液再生的方法
技术领域
本申请要求于2014年12月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2014-0183548的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
本公开涉及一种能够用于液流电池中的使电解液再生的组件，以及使用该组件使液流电池的电解液再生的方法，特别地，涉及一种使电解液再生的组件以及使用该组件使液流电池的电解液再生的方法，所述组件将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，并且使阳极和阴极电解液中的任意一个沿着与电解液引入方向相反的方向循环，以均匀地混合阳极和阴极电解液，结果，能够使当液流电池长期运行时，由于阳极和阴极电解液之间的膜渗透现象引起的电池容量降低得到恢复。
背景技术
能量储存技术是整个能源领域中用于高效利用的重要技术，如能量使用效率、提高供电系统的能力或可靠性、随时间具有较大波动的新型可再生能源的扩大引进以及移动物体的能量再生，其对于社会贡献的潜力和需求逐渐增加。
为了调整半自主区域中供电系统如微电网的供需平衡，适当地分配新型可再生能源发电(如风力或太阳能发电)的不均匀输出，以及控制诸如由于现有电力系统的差异而产生的电压和频率变化的影响，已经积极地对二次电池进行研究，并且在这些领域中使用二次电池的预期已经提高。
特别地，当检验用于高容量电力存储的二次电池所需的性能时，能量储存密度需要较高，作为适合于这些性能的高容量和高效率二次电池，氧化还原液流电池(RFB)近来受到关注。
与常规的二次电池一样，氧化还原液流电池储存通过充电过程输入并转化为化学能之后的电能，并将储存的化学能转化为电能后通过放电过程输出。然而，这种氧化还原液流电池与常规二次电池的不同之处在于，储存能量的电极活性物质以液态而不是固态存在，因此，需要储存电极活性物质的槽或储存容器。
如上所述，氧化还原液流电池具有诸如能够制备成具有较大的容量、需要较低的维护成本、在室温下可操作以及能够各自独立地设计容量和输出的性能，因此，目前已经对作为大容量二次电池的氧化还原液流电池进行了大量研究。
其中，使用钒离子的钒氧化还原液流电池作为下一代储能装置而受到关注，然而，由于诸如钒离子的隔膜(或离子交换膜)穿过、在阳极中产生氢以及当暴露于空气时钒离子的氧化反应的现象，因而存在氧化还原液流电池中容量下降的问题，已经不断地进行研究来改善这些问题。
其中，钒离子的隔膜穿过现象是由于阳极电解液和阴极电解液具有不同的氧化数而引起的阳极电解液和阴极电解液之间的离子不平衡而引起的，结果，引起电池容量劣化的问题。
具体地，与阴极电解液的V5+和V4+离子相比，阳极电解液的V2+和V3+离子以相对更高的速率透过膜，随着循环进行，阴极电解液中的钒离子浓度迅速增加。因此，阳极电解液中的钒离子的浓度降低，结果，阳极和阴极电解液之间的离子平衡被破坏，引起电池运行时循环劣化的问题。
发明内容
技术问题
鉴于上述问题做出本公开，本公开旨在提供一种能够用于液流电池中的使电解液再生的组件，以及使用该组件使液流电池的电解液再生的方法，所述组件使当液流电池长期运行时，由于阳极和阴极电解液的离子不平衡引起的容量降低得到恢复。
具体地，本公开旨在提供一种能够用于液流电池中的使电解液再生的组件，以及使用该组件使液流电池的电解液再生的方法，所述组件将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，并使阳极和阴极电解液中的任意一个沿着与电解液的引入方向相反的方向循环，以均匀地混合阳极和阴极电解液，结果，当液流电池长时间运行时，能够使由于阳极和阴极电解液之间的膜渗透现象而降低的电池容量得到恢复，并且能够保持长时间的循环稳定性。
技术方案
本公开的一个实施方案提供一种使液流电池的电解液再生的组件，包括：阳极和阴极电解液储存单元，分别储存阳极和阴极电解液；泵，该泵将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中；以及三通阀，该三通阀连接至阳极和阴极电解液储存单元的侧面，并且利用泵使阳极和阴极电解液中的任意一个沿着与电解液的引入方向相反的方向循环。
所述使电解液再生的组件还可以包括控制单元，该控制单元控制泵的运行的开始以及三通阀的打开和关闭。
当阳极和阴极电解液储存单元中储存的阳极和阴极电解液的总量的一半分别储存在阳极和阴极电解液储存单元中时，所述三通阀可以连接至高于阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液的高度的侧面。
当所述阳极和阴极电解液储存单元中储存的阳极和阴极电解液的总量的一半分别储存在该阳极和阴极电解液储存单元中时，所述三通阀可以连接至高于阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液的高度的侧面。
三通阀可以使阳极和阴极电解液中的任意一个沿着与由泵确定的电解液的引入方向相反的方向循环，控制阳极和阴极电解液储存单元的气压，以及通过打开三通阀将由阳极和阴极电解液的副反应产生的气体排放至外部。
阳极和阴极电解液储存单元可以各自装备有刻度测量单元(marked measuringunit)，以便测量储存的阳极和阴极电解液的体积。
所述使电解液再生的组件还可以包括，分别地，一侧连接至阳极电解液储存单元并且另一侧连接至阳极电解液入口的泵，以及，一侧连接至阴极电解液储存并且另一侧连接至阴极电解液入口的泵。
所述使电解液再生的组件可以包括：阳极，该阳极从阳极电解液储存单元中引入阳极电解液，并将阳极电解液排放至阳极电解液储存单元；阴极，该阴极从阴极电解液储存单元中引入阴极电解液，并将阴极电解液排放至阴极电解液储存单元；以及阳极和阴极之间的隔膜。
所述使电解液再生的组件还可以包括搅拌装置，分别搅拌阳极和阴极电解液储存单元中储存的阳极和阴极电解液。
所述搅拌装置可以是叶轮、搅拌器(agitator)和磁力搅拌器(magnetic stirrer)中的任意一种。
所述液流电池可以是钒氧化还原液流电池。
本公开的另一实施方案提供一种使液流电池的电解液再生的方法，该方法包括：(a)利用泵将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，并混合该对电解液储存单元中的阳极和阴极电解液；(b)当储存混合的阳极和阴极电解液的对电解液储存单元的体积增加时，使用连接至阳极和阴极电解液储存单元的侧面的三通阀使混合的阳极和阴极电解液沿着与电解液的引入方向相反的方向循环；以及(c)在进行(a)和(b)步骤一次或多次之后，将储存混合的阳极和阴极电解液的阳极和阴极电解液储存单元调节为具有相等的体积。
(b)步骤还可以包括使用三通阀控制阳极和阴极电解液储存单元的气压；以及通过打开三通阀将由阳极和阴极电解液的副反应产生的气体排放至外部中的至少一个。
所述方法还可以包括(d)将阳极电解液储存单元中储存的混合的阳极和阴极电解液引入至阳极，并将阴极电解液储存单元中储存的混合的阳极和阴极电解液引入至阴极。
(a)步骤可以包括将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，并混合该对电解液储存单元中的阳极和阴极电解液；以及搅拌阳极和阴极电解液储存单元中储存的各阳极和阴极电解液。
所述液流电池可以是钒氧化还原液流电池。
有益效果
根据本公开的能够用于液流电池中的使电解液再生的组件以及使用该组件使液流电池的电解液再生的方法，阳极和阴极电解液被均匀地混合为离子平均氧化数为V3.5+的电解液，因此，当液流电池长时间运行时，具有使由于阳极和阴极电解液之间的膜渗透现象而降低的液流电池的容量得到恢复，并且长时间地保持循环稳定性的效果。
根据本公开，通过将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，并且使阳极和阴极电解液中的任意一个沿着与电解液的引入方向相反的方向循环，仅通过简单的机械处理即可恢复液流电池的容量，从而具有提高工艺效率的效果。
另外，根据本公开，阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液可以在早期阶段再生，节省成本，因此，电解液不必被丢弃，因此，由于在丢弃电解液时电解液不暴露于人体而具有确保安全性的效果。
附图说明
图1是示意性地示出氧化还原液流电池的常规结构的图；
图2是示意性地示出将根据本公开的一个实施方案的使电解液再生的组件(100)用在液流电池中的一个状态的图；
图3是示出使用根据本公开的一个实施方案的使液流电池的电解液再生的方法进行一定循环，以及在使用所述使电解液再生的组件之后进行相同的循环的电池性能测试结果的图。
具体实施方式
将参照附图详细描述本公开。此处，将不包括与本公开的要点不相关的对已知特征和构成的重复描述、详细描述。为本领域的技术人员提供本公开的实施方案，以便更全面地描述本公开。因此，为了清楚起见，附图中构件的形状、尺寸等可以放大。在整个说明书中，除非另外特别说明，否则特定部分“包括”特定构件的描述表示能够进一步包括其它构件，并且不排除其它构件。
另外，本说明书中描述的“对电解液储存单元”是为了便于说明而使用的术语，基于阳极电解液储存单元中储存的阳极电解液，将阴极电解液储存单元称为对电解液储存单元，基于阴极电解液储存单元中储存的阴极电解液，将阳极电解液储存单元称为对电解液储存单元。
所述阴极指在放电时通过接收电子而被还原的电极，相反，当电池充电时，可以通过阴极活性物质的氧化起到释放电子的阳极(氧化电极)的作用。
所述阳极指在放电时通过被氧化而释放电子的电极，相反，当电池充电时，阳极可以通过接收电子起到被还原的阴极(还原电极)的作用。
<使电解液再生的组件>
图1是示意性地示出氧化还原液流电池的常规结构的图，图2是示意性地示出将根据本公开的一个实施方案的使电解液再生的组件(100)用在液流电池中的一个状态的图。
当参照图1时，氧化还原液流电池通常包括电极组件，该电极组件包括隔膜(31)以及分别设置在该隔膜(31)两侧的阳极(32)和阴极(33)，并且包括接收和储存供应至阳极(32)的阳极电解液的阳极电解液储存单元(10)，以及接收和储存供应至阴极(33)的阴极电解液的阴极电解液储存单元(20)。
此处，利用泵(11)，阳极电解液储存单元(10)中储存的阳极电解液通过阳极电解液入口(41)迁移至阳极(32)，然后，当氧化还原反应结束时，通过阳极电解液出口(51)返回至阳极电解液储存单元(10)。类似地，利用泵(21)，阴极电解液储存单元(20)中储存的阴极电解液通过阴极电解液入口(42)迁移至阴极(33)，然后，当氧化还原反应结束时，通过阴极电解液出口(52)返回至阴极电解液储存单元(20)。
换言之，当氧化还原液流电池是钒氧化还原液流电池时，在充电反应过程中，在阴极(33)中发生氧化反应，其中，四价钒离子通过氧化变为五价钒离子，电子被消耗，并且氢离子通过隔膜(31)从阴极(33)迁移至阳极(32)；在阳极(32)中发生还原反应，其中，三价钒离子通过接收电子变为二价钒离子。另一方面，在放电反应过程中，发生以与上述反应的相反方向改变钒离子的氧化数的氧化/还原反应(即氧化还原反应)，因此，有效地进行充电和放电。
此处，隔膜(31)用于迁移氢离子，以及阻止阳极和阴极电解液的阳离子移动至对电极，如上所述，阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)分别用于储存阳极和阴极电解液，并且被设计成使得各个储存单元的内压力均匀分布，或者排放运行过程中产生的气体。
当参照图2时，根据本公开的一个实施方案的使电解液再生的组件可以包括：阳极电解液储存单元(10)、阴极电解液储存单元(20)、泵(110)、三通阀(120)和控制单元(130)。此外，根据本公开的一个实施方案的使电解液再生的组件还可以包括测量单元(140、141)。
阳极电解液储存单元(10)用于接收和储存供应至阳极(32)的阳极电解液，阴极电解液储存单元(20)用于接收和储存供应至阴极(33)的阴极电解液。
此处，对阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)的材料没有特别地限制，然而，优选不与阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中接收和储存的阳极和阴极电解液反应的材料。
阳极电解液储存单元(10)的一侧可以连接至阳极电解液入口(41)，其另一侧可以连接至阳极电解液出口(51)，阴极电解液储存单元(20)的一侧可以连接至阴极电解液入口(42)，其另一侧可以连接至阴极电解液出口(52)。
另外，还可以分别提供泵(11、21)，泵的一侧可以连接至阳极电解液储存单元(10)并且另一侧可以连接至阳极电解液入口(41)，以及，泵的一侧可以连接至阴极电解液储存单元(20)并且另一侧可以连接至阴极电解液入口(42)。
作为本公开的一个实施方案，利用泵(11)，阳极电解液储存单元(10)中储存的阳极电解液通过阳极电解液入口(41)迁移至阳极(32)，然后，当氧化还原反应结束时，通过阳极电解液出口(51)返回至阳极电解液储存单元(10)。类似地，利用泵(21)，阴极电解液储存单元(20)中储存的阴极电解液通过阴极电解液入口(42)迁移至阴极(33)，然后，当氧化还原反应结束时，通过阴极电解液出口(52)返回至阴极电解液储存单元(20)。
此处，还可以在阳极(32)和阴极(33)之间设置隔膜(31)。
此处，隔膜(31)用于迁移氢离子，并且阻止阳极和阴极电解液的阳离子迁移至对电极。
作为起到上述作用的隔膜(31)，优选使用离子传导隔膜。
泵(110)用于将阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中。
泵(110)设置在阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)之间，其一侧可以连接至阳极电解液储存单元(10)，其另一侧可以连接至阴极电解液储存单元(20)。
此处，作为对电解液储存单元，基于阳极电解液储存单元(10)中储存的阳极电解液，将阴极电解液储存单元(20)称为对电解液储存单元，并且基于阴极电解液储存单元(20)中储存的阴极电解液，将阳极电解液储存单元(10)称为对电解液储存单元。
作为本公开的一个实施方案的对电解液储存单元，当将阳极电解液储存单元(10)中储存的阳极电解液引入至阴极电解液储存单元(20)中时，阴极电解液储存单元(20)可以是对电解液储存单元，当将阴极电解液储存单元(20)中储存的阴极电解液引入至阳极电解液储存单元(10)中时，阳极电解液储存单元(10)可以是对电解液储存单元。
此处，将刻度测量单元(140、141)分别设置在阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中。通过这种测量单元(140、141)，用户可以通过视觉精确地测量阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中储存的阳极和阴极电解液的体积。
此处，当将阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中时，泵(110)可以控制流量。
三通阀(120)用于使阳极和阴极电解液中的任意一个沿着与由泵(110)确定的电解液的引入方向相反的方向循环，并且控制阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)的压力。
三通阀(120)设置在阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)之间，其一侧可以连接至阳极电解液储存单元(10)，其另一侧可以连接至阴极电解液储存单元(20)。
当阳极和阴极电解液储存单元中储存的阳极和阴极电解液的总量的一半分别储存在阳极和阴极电解液储存单元中时，三通阀可以连接至高于阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液的高度的侧面。由此，三通阀可以使阳极和阴极电解液中的任意一个沿着与由泵确定的电解液的引入方向相反的方向循环，可以控制阳极和阴极电解液储存单元的气压，并且可以通过打开三通阀将由阳极和阴极电解液的副反应产生的气体排放至外部。
当阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个全部转移至对电解液储存单元时，阳极和阴极电解液被混合，然后通过泵再次分开进入各个阳极和阴极电解液储存单元中，阳极和阴极电解液储存单元中的至少一个需要具有能够容纳阳极和阴极电解液的总量的体积。在这种情况下，阳极和阴极电解液储存单元的尺寸增大，导致整个电池尺寸增大，因此，在电池安装方面存在空间限制。此外，将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个全部转移至对电解液储存单元需要时间。
同时，通过重复如下循环，将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个的一部分引入至对电解液储存单元中，然后在其中混合和循环，本公开具有的优点在于，当能够接收引入的电解液的一部分时，阳极和阴极电解液储存单元的尺寸足够，并且由于连续地或间歇性连续地进行引入和循环，再生所需的时间缩短。
可以包括：第一阀，用于通过泵使引入至对电解液储存单元中的电解液循环；第二阀，用于当使电解液再生时，调节阳极和阴极电解液储存单元的气压；以及排放单元，其将由阳极和阴极电解液的副反应产生的气体排放至外部，然而，与能够用一个三通阀执行各个功能的本公开相比，需要大量的用于设置第一阀、第二阀和排放单元的空间；安装成本；以及材料成本。
同时，通过设置本公开的三通阀，阳极和阴极电解液中的任意一个可以沿着与由泵确定的电解液的引入方向相反的方向循环，可以控制阳极和阴极电解液储存单元的气压，并且可以通过打开三通阀将由阳极和阴极电解液的副反应产生的气体排放至外部。
作为本公开的一个实施方案，当泵(110)运行时，阳极电解液储存单元(10)中储存的阳极电解液被引入至阴极电解液储存单元(20)中，此时，阴极电解液储存单元(20)的体积增大，引起阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)的内压力的差异，为了使阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)的内压力相同，通过三通阀(120)将混合的阳极和阴极电解液引入至阳极电解液储存单元(10)中。
此处，优选进一步包括能够分别搅拌阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中储存的阳极和阴极电解液的搅拌装置，这种搅拌装置是叶轮、搅拌器和磁力搅拌器中的任意一种。
另外，作为本公开的一个实施方案，当电池运行时，通过阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中储存的阳极和阴极电解液的副反应产生气体，此时，由于产生的气体，阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)的内压力会增大。此处，通过控制连接至阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)的三通阀(120)，可以通过气体排放流路(121)将气体排放至外部。
因此，即使当电池正在运行时，三通阀(120)也优选处于打开状态，使得阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中分别储存的阳极和阴极电解液能够被引入。
同时，对于三通阀(120)的材料，当考虑到耐酸性时，不优选采用现有的不锈钢材料或金属球的阀，三通阀(120)优选用耐酸聚合物涂布，或者由诸如聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和聚偏二氟乙烯(PVDF)的材料形成。
控制单元(130)用于控制泵(110)的运行的开始以及三通阀(120)的打开和关闭。
作为本公开的一个实施方案，当控制单元(130)命令泵(110)的运行开始时，泵(110)运行，阳极电解液储存单元(10)中储存的阳极电解液通过泵(110)引入至阴极电解液储存单元(20)中。此时，阴极电解液储存单元(20)中储存的阴极电解液与阳极电解液混合，并且阴极电解液储存单元(20)中的电解液的体积增加。
此处，控制单元(130)打开三通阀(120)，以使阴极电解液储存单元(20)中储存的混合的阳极和阴极电解液循环至阳极电解液储存单元(10)，以便保持阳极和阴极电解液储存单元(10、20)的压力相同，或者保持阳极和阴极电解液储存单元(10、20)的体积相同。
此处，将刻度测量单元(140、141)分别设置在阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中，通过这些测量单元(140、141)，用户可以在视觉上精确地测量阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中储存的阳极和阴极电解液的体积，并且当将阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中时，可以使用泵(110)控制流量，结果，调节阳极和阴极电解液储存单元(10、20)的体积相同。
当反复进行上述过程一段时间后，均匀混合的阳极和阴极电解液被储存在阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中。
此处，还可以分别包括能够搅拌的搅拌装置，以便使阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中储存的混合的阳极和阴极电解液均匀混合。
对于阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中储存的混合的阳极和阴极电解液的具体状态，在阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中，V2+和V5+离子以完全充电状态(chargedstate)混合，V3+和V4+离子以完全放电状态(discharged state)混合。此处，V2+和V5+离子是处于容易被氧化和还原的状态的钒离子，因此，当阳极和阴极电解液混合时，V2+和V5+离子分别被氧化和还原为V3+和V4+离子。然而，即使不处于完全充电状态或完全放电状态，也会存在等价的氧化还原电对，因此，当阳极和阴极电解液混合时，钒离子的平均氧化数变为V3.5+。
在阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中，分别储存钒离子平均氧化数为V3.5+的阳极和阴极电解液，此处，液流电池端电池的开路电压(OCV)变为0V。之后，为了运行电池，运行泵(11、21)，泵的一侧可以连接至阳极电解液储存单元(10)且另一侧可以连接至阳极电解液入口(41)，以及，泵的一侧可以连接至阴极电解液储存单元(20)且另一侧可以连接至阴极电解液入口(42)。当泵运行时，阳极电解液储存单元(10)中储存的阳极电解液利用泵(11)通过阳极电解液入口(41)迁移至阳极(32)，然后，当氧化还原反应结束时，通过阳极电解液出口(51)返回至阳极电解液储存单元(10)。类似地，阴极电解液储存单元(20)中储存的阴极电解液利用泵(21)通过阴极电解液入口(42)迁移至阴极(33)，然后，当氧化还原反应结束时，通过阴极电解液出口(52)返回至阴极电解液储存单元(20)。
换言之，当电池进行正常的充电反应时，在阴极中进行V3.5+→V4+→V5+的氧化过程，并且在阳极中进行V3.5+→V3+→V2+的还原过程。
此处，在电池运行的过程中，通过阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中储存的阳极和阴极电解液的副反应产生气体，由于产生的气体，阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)的内压力会增加。此时，气体通过连接至阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)的三通阀(120)排放。
因此，当电池运行时，三通阀(120)优选处于打开状态，泵(110)优选处于非运行状态。换言之，当电池在运行中时，需要注意，以使阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中储存的阳极和阴极电解液不通过泵(110)混合。
另外，还可以在泵(110)的前部或后部设置二通阀，以使阳极和阴极电解液不通过泵(110)混合。
凭借这种构造，根据本公开的一个实施方案，通过将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，控制阳极和阴极电解液储存单元的压力，并且使阳极和阴极电解液中的任意一个沿着与电解液的引入方向相反的方向循环，从而均匀地混合阳极和阴极电解液，并且得到保持液流电池的循环稳定性的效果。
<使液流电池的电解液再生的方法>
一种使液流电池的电解液再生的方法，可以包括：(a)将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，并利用泵混合对电解液储存单元中的阳极和阴极电解液；(b)当储存混合的阳极和阴极电解液的对电解液储存单元的体积增加时，使用连接至阳极和阴极电解液储存单元侧面的三通阀使混合的阳极和阴极电解液沿着与电解液的引入方向相反的方向循环；以及(c)在进行(a)和(b)步骤一次或多次之后，将储存混合的阳极和阴极电解液的阳极和阴极电解液储存单元调整为具有相等的体积。
另外，根据本公开的一个实施方案的使液流电池的电解液再生的方法还可以包括：(d)将阳极电解液储存单元中储存的混合的阳极和阴极电解液引入至阳极，并且将阴极电解液储存单元中储存的混合的阳极和阴极电解液引入至阴极。
步骤(a)将阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，并在对电解液储存单元中混合阳极和阴极电解液。
当控制单元(130)命令泵(110)的运行开始时，泵(110)运行，阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个通过泵(110)被引入至对电解液储存单元中，此时，阳极和阴极电解液在对电解液储存单元中混合。
此处，对于对电解液储存单元，当阳极电解液储存单元(10)中储存的阳极电解液被引入至阴极电解液储存单元(20)中时，阴极电解液储存单元(20)可以成为对电解液储存单元，并且当阴极电解液储存单元(20)中储存的阴极电解液被引入至阳极电解液储存单元(10)中时，阳极电解液储存单元(10)可以成为对电解液储存单元。
此处，步骤(a)还可以包括搅拌阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中储存的各阳极和阴极电解液。
需要注意，以便将阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，并在对电解液储存单元中完全混合阳极和阴极电解液。
步骤(b)是当储存混合的阳极和阴极电解液的对电解液储存单元的体积增加时，使用连接至阳极和阴极电解液储存单元侧面的三通阀使混合的阳极和阴极电解液沿着与电解液的引入方向相反的方向循环。
当泵(110)运行并且在对电解液储存单元中混合的阳极和阴极电解液的体积增加时，打开三通阀(120)，将混合的阳极和阴极电解液引入至已存在的电解液储存单元中。
此处，储存阳极和阴极电解液的对电解液储存单元的体积的增加可以通过设置在阳极电解液储存单元(10)和阴极电解液储存单元(20)中的刻度测量单元(140、141)来确定。
步骤(c)是在再次进行(a)和(b)步骤之后，将储存混合的阳极和阴极电解液的阳极和阴极电解液储存单元调节为具有相等的体积。
当再次进行(a)和(b)步骤时，混合的阳极和阴极电解液分别储存在阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中。此处，为了为在阳极和阴极电解液储存单元(10、20)中各自混合的阳极和阴极电解液提供相等的体积，可以控制泵(110)的流量和/或运行。
步骤(d)将阳极电解液储存单元中储存的混合的阳极和阴极电解液引入至阳极，并且将阴极电解液储存单元中储存的混合的阳极和阴极电解液引入至阴极。
阳极电解液储存单元(10)中储存的混合的阳极和阴极电解液利用泵(11)通过阳极电解液入口(41)迁移至阳极(32)，然后，当氧化还原反应结束时，通过阳极电解液出口(51)返回至阳极电解液储存单元(10)。类似地，阴极电解液储存单元(20)中储存的阴极电解液利用泵(21)通过阴极电解液入口(42)迁移至阴极(33)，然后，当氧化还原反应结束时，通过阴极电解液出口(52)返回至阴极电解液储存单元(20)。
通过这些步骤，观察到电池容量降低的速率几乎与第一次循环运行相同，结果，液流电池降低的容量能够得到恢复。
<试验例>
使溶解有2摩尔的VOSO4的3摩尔的硫酸溶液进行电化学氧化和还原，并将该溶液等量地用于阴极和阳极以形成单元电池。在用于评价的单元电池中，使用尺寸为5cm×5cm的碳毡作为电极。此外，电解液供应速率为25cc/min，各电解液的初始体积为50cc。以50mA/cm2的电流速率进行电池的充电和放电，并将工作电压控制在0.8V至1.7V的范围。
在前30个循环中进行充电和放电过程，然后，通过根据本公开的一个实施方案的使电解液再生的组件将各电解液均匀混合，以便将钒离子的平均氧化数调节至3.5。之后，以相同的方式进行充电和放电过程。
<结果讨论>
图3是示出使用根据本发明的一个实施方案的使液流电池的电解液再生的方法进行一定的循环，以及在使用使电解液再生的组件之后进行相同的循环，电池性能测试结果的图。
当检验测试结果时，观察到，随着充电和放电循环重复30个循环，发生电池容量的降低，并且容量降低约30％(参见图3中的初始循环段)。之后，通过根据本公开的一个实施方案的使电解液再生的组件将各电解液均匀混合。之后，观察到，即使进行相同的充电和放电循环，电池容量的降低也几乎与初始状态相同(参见图3中再生后的循环段)。
原因调查如下。
对于30个循环，与阴极电解液的V5+和V4+离子相比，阳极电解液的V2+和V3+离子具有相对更高的膜渗透速率，因此，随着循环进行，阴极电解液的钒离子浓度迅速增加，于是，阳极电解液的钒离子浓度降低，引起阳极和阴极电解液之间的离子平衡被破坏，结果，随着充电和放电循环的重复，电池容量降低。然而，认为通过在30个循环后运行使液流电池的电解液再生的组件，阳极和阴极电解液储存单元中储存的阳极和阴极电解液可以均匀地混合，以便将离子的平均氧化数调节至3.5，并且当使用所述混合的阳极和阴极电解液时，观察到与初始容量相似的电池容量。
上文中，已经参照优选实施方案描述了本公开，然而，应当理解的是，在不脱离在所附权利要求书中描述的本公开的理念和领域的范围内，本领域技术人员可以对本公开进行各种修改和改变。
<附图标记>
10：阳极电解液储存单元
11：泵
20：阴极电解液储存单元
21：泵
31：隔膜
32：阳极
33：阴极
41：阳极电解液入口
42：阴极电解液入口
51：阳极电解液出口
52：阴极电解液出口
100：使电解液再生的组件
110：泵
120：三通阀
121：气体排放流路
130：控制单元
140、141：测量单元

Claims (15)

1.一种使液流电池的电解液再生的组件，包括：
阳极和阴极电解液储存单元，分别储存阳极和阴极电解液；
泵，该泵将所述阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中；以及
三通阀，该三通阀连接至所述阳极和阴极电解液储存单元的侧面，并且使所述阳极和阴极电解液中的任意一个沿着与由所述泵确定的电解液的引入方向相反的方向循环。
2.根据权利要求1所述的使液流电池的电解液再生的组件，还包括控制单元，
其中，所述控制单元控制所述泵的运行的开始以及所述三通阀的打开和关闭。
3.根据权利要求1所述的使液流电池的电解液再生的组件，其中，当所述阳极和阴极电解液储存单元中储存的阳极和阴极电解液的总量的一半分别储存在该阳极和阴极电解液储存单元中时，所述三通阀连接至高于所述阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液的高度的侧面。
4.根据权利要求1所述的使液流电池的电解液再生的组件，其中，所述三通阀使所述阳极和阴极电解液中的任意一个沿着与由所述泵确定的电解液的引入方向相反的方向循环，控制所述阳极和阴极电解液储存单元的气压，并且通过打开所述三通阀将由所述阳极和阴极电解液的副反应产生的气体排放至外部。
5.根据权利要求1所述的使液流电池的电解液再生的组件，其中，所述阳极和阴极电解液储存单元分别设置有刻度测量单元，以便测量储存的阳极和阴极电解液的体积。
6.根据权利要求1所述的使液流电池的电解液再生的组件，还包括，分别地，一侧连接至所述阳极电解液储存单元并且另一侧连接至阳极电解液入口的泵，以及一侧连接至所述阴极电解液储存单元并且另一侧连接至阴极电解液入口的泵。
7.根据权利要求1所述的使液流电池的电解液再生的组件，包括：
阳极，该阳极从所述阳极电解液储存单元中引入阳极电解液，并将阳极电解液排放至所述阳极电解液储存单元；
阴极，该阴极从所述阴极电解液储存单元中引入阴极电解液，并将阴极电解液排放至所述阴极电解液储存单元；以及
所述阳极和所述阴极之间的隔膜。
8.根据权利要求1所述的使液流电池的电解液再生的组件，还包括搅拌装置，该搅拌装置分别搅拌所述阳极和阴极电解液储存单元中储存的阳极和阴极电解液。
9.根据权利要求8所述的使液流电池的电解液再生的组件，其中，所述搅拌装置是叶轮、搅拌器和磁力搅拌器中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的使液流电池的电解液再生的组件，其中，所述液流电池是钒氧化还原液流电池。
11.一种使液流电池的电解液再生的方法，包括：
(a)利用泵将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，并混合该对电解液储存单元中的阳极和阴极电解液；
(b)当储存混合的阳极和阴极电解液的对电解液储存单元的体积增加时，使用连接至所述阳极和阴极电解液储存单元的侧面的三通阀使混合的阳极和阴极电解液沿着与电解液引入方向相反的方向循环；以及
(c)在进行(a)和(b)步骤一次或多次之后，将储存混合的阳极和阴极电解液的阳极和阴极电解液储存单元调节为具有相等的体积。
12.根据权利要求11所述的使液流电池的电解液再生的方法，其中，所述步骤(b)还包括使用所述三通阀控制所述阳极和阴极电解液储存单元的气压；以及通过打开所述三通阀将由所述阳极和阴极电解液的副反应产生的气体排放至外部中的至少一个。
13.根据权利要求11所述的使液流电池的电解液再生的方法，还包括(d)将所述阳极电解液储存单元中储存的混合的阳极和阴极电解液引入至阳极，将所述阴极电解液储存单元中储存的混合的阳极和阴极电解液引入至阴极。
14.根据权利要求11所述的使液流电池的电解液再生的方法，其中，所述步骤(a)包括将阳极和阴极电解液储存单元中分别储存的阳极和阴极电解液中的任意一个引入至对电解液储存单元中，并混合该对电解液储存单元中的阳极和阴极电解液；以及搅拌所述阳极和阴极电解液储存单元中储存的各阳极和阴极电解液。
15.根据权利要求11所述的使液流电池的电解液再生的方法，其中，所述液流电池是钒氧化还原液流电池。
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