CN108630960A - 一种热虹吸液流电池及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种热虹吸液流电池，包括正极电解液罐、负极电解液灌、正极冷源、正极冷却管路、负极冷源、负极冷却管路、电池反应器；正极电解液罐、负极电解液罐均位于电池反应器的上方；所述正极冷却管路连接于正极冷源，正极冷却管路至少有部分位于正极电解液罐内，正极电解罐连接于所述正极反应腔；负极冷却管路连接于负极冷源，负极冷却管路至少有部分位于负极电解液罐内，负极电解液罐连接于所述负极反应腔。本发明还提出应用所述的热虹吸液流电池的方法。本发明提出的热虹吸液流电池，无需电解液泵，提高了运行可靠性。同时具有自我调节功能，电化学反应散热较快时热虹吸循环流动加快，散热加快，避免了复杂的泵功率调节和温度控制逻辑。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域，更具体地涉及一种液流电池。
背景技术
储能技术作为新能源产业发展和应用的关键技术，具有广阔的发展应用前景。液流电池作为一种新型的储能技术，具有容量大、效率高、响应速度快、安全性好等优势，是具有大规模应用潜力的储能技术之一。液流电池单电池由正极、负极和离子选择性膜组成，电池中作为氧化还原电对的高、低电位两种活性物质分别溶解在正负极储液罐中，通过泵流入电池中，在正极或负极上发生氧化还原反应。正负极溶液由离子选择性隔膜隔开，阴离子或阳离子通过隔膜导电。
目前的液流电池大多依靠电解液泵供液，并采用风冷进行冷却。采用泵驱动的液流电池由于电解液的腐蚀性等问题，具有可靠性方面的隐患。为此，一些无需电解液泵的液流电池方案被提出。专利CN201210144560.5提出了一种依靠重力和惰性气体压力推动电极悬浮液循环流动的方法，但系统较为复杂且惰性气体容纳与控制系统成本较高。此外，传统的冷却控制需要设计较为复杂的控制逻辑，与液流电池的工作状态难以匹配。
发明内容
针对本领域现有技术存在的不足之处，本发明旨在提供一种热虹吸液流电池。
本发明的另一目的是提出所述一种热虹吸液流电池的应用方法。
为实现本发明上述目的的技术方案为：
一种热虹吸液流电池，包括正极电解液罐、负极电解液灌、正极冷源、正极冷却管路、负极冷源、负极冷却管路、电池反应器；所述电池反应器包括用隔膜隔开的正极反应腔和负极反应腔；所述正极电解液罐、负极电解液罐均位于电池反应器的上方；
所述正极冷却管路连接于正极冷源，正极冷却管路至少有部分位于所述正极电解液罐内，所述正极电解罐连接于所述正极反应腔；
所述负极冷却管路连接于负极冷源，负极冷却管路至少有部分位于所述负极电解液罐内，所述负极电解液罐连接于所述负极反应腔。
进一步地，所述电池反应器还包括与所述正极反应腔连接的正极，及与所述负极反应腔连接的负极，正极、负极和负载模块相连构成电路。
其中，所述正极冷却管路和负极冷却管路内互相独立地充填有液态或两相冷却工质，所述冷却工质选自水、乙二醇溶液或两相制冷剂中的一种。
其中，所述正极冷源、负极冷源互相独立地选自采用人工制冷方法的冷水机组或自然冷源，所述采用人工制冷方法的冷水机组为蒸气压缩制冷机或吸收式制冷机；所述自然冷源为地表水，或为与地表水传热的换热器。
优选地，所述的热虹吸液流电池，包括多个电池反应器，所述多个电池反应器并联。
应用所述的热虹吸液流电池的方法为，所述正极冷却管路用于冷却正极电解液罐中的正极电解液，正极电解液依靠热虹吸原理进行循环；所述负极冷却管路用于冷却负极电解液罐中的负极电解液，负极电解液依靠热虹吸原理进行循环。
本方法中，所述正极电解液和负极电解液中进行氧化还原反应的体系可选自下组中的一组：全钒(VRFB)、Ti/Fe、Cr/Fe、Zn/Fe、多硫化钠/溴(PSB)、Cr/Mn体系。但不限于上述氧化还原体系。
其中，所述正极电解液罐、负极电解液罐互相独立地位于电池反应器的上方1米以上。
更优选地，所述正极电解罐内的正极电解液被冷却至低于正极反应腔出口温度5℃以上，然后凭重力落入所述正极反应腔；所述负极电解罐内的负极电解液被冷却至低于负极反应腔出口温度5℃以上，然后凭重力落入所述负极反应腔。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明提出的热虹吸液流电池，无需电解液泵，提高了运行可靠性。同时具有自我调节功能，电化学反应散热较快时热虹吸循环流动加快，散热加快，避免了复杂的泵功率调节和温度控制逻辑。
本发明提出的热虹吸液流电池可以利用工业已有冷源或自然界存在的江河湖海里的地表水，实现电解液的自动流动循环，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明热虹吸液流电池的结构示意图。
图中：
1、正极电解液罐；2、负极电解液罐；3、正极冷却管路；4、负极冷却管路；5、正极冷源；6、负极冷源；7、电池反应器；8、负载模块；9、正电极；10、负电极；11、正极反应腔；12、负极反应腔；13、隔膜。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不应用来限制本发明的范围。
如无特别说明，实施例中使用的手段均为本领域常规的手段。
实施例1
图1是本发明的一个较佳实施例的热虹吸液流电池的结构图；如图1所示，该实施例的热虹吸液流电池包括正极电解液罐1、负极电解液灌2、正极冷却管路3、负极冷却管路4、正极冷源5、负极冷源6、电池反应器7和负载模块8。所属电极反应器包括正电极9、负电极10、正极反应腔11、负极反应腔12和隔膜13。隔膜13隔开的正极反应腔11和负极反应腔12；所述正极电解液罐、负极电解液罐均位于电池反应器的上方；
所述正极冷却管路3连接于正极冷源5，正极冷却管路有部分呈盘管状，位于所述正极电解液罐内，所述正极电解罐连接于所述正极反应腔；
所述负极冷却管路4连接于负极冷源6，负极冷却管路有部分呈盘管状，位于所述负极电解液罐内，所述负极电解液罐连接于所述负极反应腔。述正极反应腔连接正电极9，负极反应腔连接负电极10，正电极9、负电极10和负载模块13相连构成电路。所述正极冷却管路和负极冷却管路内均充填有冷却工质(42％乙二醇溶液)。所述正极冷源、负极冷源均为自然冷源，采用温度长期保持5-25℃的河水。
电池工作时，正极冷却管路3和负极冷却管路4所提供的冷量与电池反应器7的反应热共同造成电解液回路的温度差从而形成密度差，产生热虹吸现象，正负极电解液分别上升至正极电解液罐1和负极电解液罐2，被冷却后回流至电池反应器7。
本实施例中，所述正极电解液罐1、负极电解液罐2置于电池反应器5的上方1.2m。正极电解罐内的正极电解液被冷却至低于正极反应腔出口温度5℃以上，然后凭重力落入所述正极反应腔；所述负极电解罐内的负极电解液被冷却至低于负极反应腔出口温度5℃以上，然后凭重力落入所述负极反应腔。
实施例2
本热虹吸液流电池包括正极电解液罐1、负极电解液灌2、正极冷却管路3、负极冷却管路4、正极冷源5、负极冷源6、电池反应器7和负载模块8。所属电极反应器包括正电极9、负电极10、正极反应腔11、负极反应腔12和隔膜13。隔膜13隔开的正极反应腔11和负极反应腔12；所述正极电解液罐、负极电解液罐均位于电池反应器的上方；
所述正极冷却管路3连接于正极冷源5，正极冷却管路有部分呈盘管状，位于所述正极电解液罐内，所述正极电解罐连接于所述正极反应腔；
所述负极冷却管路4连接于负极冷源6，负极冷却管路有部分呈盘管状，位于所述负极电解液罐内，所述负极电解液罐连接于所述负极反应腔。所述正极冷却管路和负极冷却管路内均充填有冷却工质(42％乙二醇溶液)。所述正极冷源、负极冷源均采用冷水机组，控制冷却工质温度在20±2℃。
正极反应腔连接正电极9，负极反应腔连接负电极10，正电极9、负电极10和负载模块13相连构成电路。
实施例3
本实施例的热虹吸液流电池，包括4个并联的电池反应器，所述多个电池反应器并联。4个电池反应器的正极反应腔连接于一个正极电解液罐，4个负极反应腔连接于一个负极电解液罐，正极电解液罐和负极电解液罐均位于电池反应器的上方。
其他设置同实施例1。
虽然，上文中已经本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种热虹吸液流电池，其特征在于，包括正极电解液罐、负极电解液灌、正极冷源、正极冷却管路、负极冷源、负极冷却管路、电池反应器；所述电池反应器包括用隔膜隔开的正极反应腔和负极反应腔；所述正极电解液罐、负极电解液罐均位于电池反应器的上方；
所述正极冷却管路连接于正极冷源，正极冷却管路至少有部分位于所述正极电解液罐内，所述正极电解罐连接于所述正极反应腔；
所述负极冷却管路连接于负极冷源，负极冷却管路至少有部分位于所述负极电解液罐内，所述负极电解液罐连接于所述负极反应腔。
2.根据权利要求1所述的热虹吸液流电池，其特征在于，所述电池反应器还包括与所述正极反应腔连接的正极，及与所述负极反应腔连接的负极，正极、负极和负载模块相连构成电路。
3.根据权利要求1所述的热虹吸液流电池，其特征在于，所述正极冷却管路和负极冷却管路内互相独立地充填有液态或两相冷却工质，所述冷却工质选自水、乙二醇溶液或两相制冷剂中的一种。
4.根据权利要求1所述的热虹吸液流电池，其特征在于，所述正极冷源、负极冷源互相独立地选自采用人工制冷方法的冷水机组或自然冷源，所述采用人工制冷方法的冷水机组为蒸气压缩制冷机或吸收式制冷机；所述自然冷源为地表水，或为与地表水传热的换热器。
5.根据权利要求1～4任一项所述的热虹吸液流电池，其特征在于，包括多个电池反应器，所述多个电池反应器并联。
6.应用权利要求1～5任一项所述的热虹吸液流电池的方法，其特征在于，所述正极冷却管路用于冷却正极电解液罐中的正极电解液，正极电解液依靠热虹吸原理进行循环；所述负极冷却管路用于冷却负极电解液罐中的负极电解液，负极电解液依靠热虹吸原理进行循环。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述正极电解液罐、负极电解液罐互相独立地位于电池反应器的上方1米以上。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述正极电解罐内的正极电解液被冷却至低于正极反应腔出口温度5℃以上，然后凭重力落入所述正极反应腔；所述负极电解罐内的负极电解液被冷却至低于负极反应腔出口温度5℃以上，然后凭重力落入所述负极反应腔。
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