CN113964359A - 有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统及储能方法 - Google Patents

Abstract

有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统及储能方法。液流电池具有设计灵活、循环寿命长等优点，本申请可兼容有机液流电池和全钒液流电池优势，提高液流电池储能系统稳定性，减小环境污染。本发明组成包括：正极电解液储罐（1）、负极电解液储罐（2），正极电解液储罐底部通过正极储罐出口三通阀（5）分别与AQDS正极电解液储罐（3）、正极动力泵（9）连接，AQDS正极电解液储罐与正极液体分离装置（7）连接，正极液体分离装置分别与电堆系统（11）、正极电解液储罐，正极动力泵与正极固定压板（14）连接，正极固定压板依次连接正极极板（16）、正极液流框（18）、离子交换隔膜（20）。本发明用于有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统。

Description

有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统及储能方法

技术领域

本发明涉及一种有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统及储能方法。

背景技术

液流电池具有系统设计灵活、循环寿命长、深放电能力强等优点，具有良好市场前景，本申请提出一种有机液流电池与全钒液流电池互补备用的储能系统，可兼容有机液流电池和全钒液流电池优势，提高液流电池储能系统稳定性，减小环境污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统及其储能方法，该结构及方法可以兼容有机液流电池和全钒液流电池优势，提高液流电池储能系统稳定性，减小环境污染。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统，其组成包括：正极电解液储罐、负极电解液储罐，所述的正极电解液储罐底部通过正极储罐出口三通阀分别与AQDS正极电解液储罐、正极动力泵连接，所述的AQDS正极电解液储罐与正极液体分离装置连接，所述的正极液体分离装置分别与电堆系统、所述的正极电解液储罐，所述的正极动力泵与正极固定压板连接，所述的正极固定压板依次连接正极极板、正极液流框、离子交换隔膜，所述的电堆系统与逆变器连接，所述的逆变器连接电源。

所述的有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统，所述的负极电解液储罐底部通过负极储罐出口三通阀分别与HBr/Br2负极电解液储罐、负极动力泵连接，所述的HBr/Br2负极电解液储罐与负极液体分离装置连接，所述的负极液体分离装置与负极固定压板连接，所述的负极固定压板依次连接负极极板、负极液流框、所述的离子交换隔膜。

所述的有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统，所述的正极液体分离装置、所述的负极液体分离装置包括可视化液体分离池，所述的可视化液体分离池分别连接分离入口四通阀、分离出口三通阀。

一种有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统及储能方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，基于不同价态钒溶液、不同类型有机溶液构建两组正负极电解液

储罐系统；

步骤二，利用液体分离装置、三通阀组及动力泵组将电解液储罐与电堆系统连接，构成储能系统；

步骤三，通过公共电堆系统与液体分离装置，有机液流电池可与全钒液流电池互为备用；

所述步骤一中，具体内容包括：

（1）以V⁴⁺、V⁵⁺溶液为基底组成正极电解液，以V²⁺、V³⁺溶液为基底组成负极电解液；

（2）由于全钒液流电池需使用酸性离子交换膜，为保证有机液流电池可与全钒液流电池公用同组电堆系统，有机液流电池电解液需采用酸性电解液，以HBr、Br2溶液为基底组成正极电解液，以9,10-蒽醌-2,7 二磺酸（AQDS）、H2SO4溶液为基底组成负极电解液；

所述步骤二中，具体内容包括：

（1）利用正极储罐出口三通阀和正极液体分离装置，使正极电解液分为V²⁺、V³⁺流动循环和HBr、Br2流动循环两类运行模式，由公用的正极动力泵提供动力；

（2）利用负极储罐出口三通阀和负极液体分离装置，使负极电解液分为V⁴⁺、V⁵⁺流动循环和AQDS、H2SO4流动循环两类运行模式，由公用的负极动力泵提供动力；

（3）正极流动循环及负极流动循环通过电堆系统实现充放电过程，电堆系统则通过逆变器与电源连接，实现有序充放电；

所述步骤三中，具体内容包括：

（1）液体分离装置由分离入口四通阀、可视化液体分离池、分离出口三通阀组成，分离入口四通阀分别连接电推、有机溶液储罐、钒溶液储罐及可视化液体分离池，分离出口三通阀分别连接有机溶液储罐、钒溶液储罐及可视化液体分离池；

（2）液体分离装置仅在液流电池电解液切换时投入使用，有机液流电池或全钒液流电池正常运行时，液体分离装置不介入使用；

（3）有机电解液与全钒电解液颜色不一致，通过可视化液体分离池实现两类电解液的有效分离；

（4）电堆系统由正极固定压板、负极固定压板、正极极板、负极极板、正极液流框、负极液流框、离子交换隔膜等元件组成；

（5）为保证电堆系统对有机电解液和全钒电解液的适用性，离子交换膜需采用Nafion膜，该类型膜已被验证可用于全钒液流电池和AQDS/Br2有机液流电池。

有益效果：

1.本发明是一种有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统，该结构通过有机液流电池与全钒液流电池互补备用为液流电池运行稳定性提供支持，同时以有机液流电池替代全钒液流电池运行，为储能系统全寿命周期环境友好保护提供了解决方案。

本发明采用的结构在液流电池长时间运行后，常规结构需停运储能系统，补充电解液，该结构当需要补充全钒电解液或有机电解液时，调节三通阀组，使需更换电解液的流动循环隔离即可完成电解液补充或更换工作，无需停运整个储能系统，有效提高了工作效率。

本发明采用有机液流循环为主，可有效降低储能系统全寿命周期的环境污染，减小环境污染。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的可视化液体分离池的连接图。

其中：1、正极电解液储罐，2、负极电解液储罐，3、AQDS正极电解液储罐，4、HBr/Br2负极电解液储罐，5、正极储罐出口三通阀，6、负极储罐出口三通阀，7、正极液体分离装置，8、负极液体分离装置，9、正极动力泵，10、负极动力泵， 11、电堆系统， 12、逆变器，13、电源，14、正极固定压板，15、负极固定压板，16、正极极板，17、负极极板，18、正极液流框，19、负极液流框，20、离子交换隔膜，21、分离入口四通阀，22、可视化液体分离池，23、分离出口三通阀。

具体实施方式：

实施例1：

一种有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统，其组成包括：正极电解液储罐1、负极电解液储罐2，所述的正极电解液储罐底部通过正极储罐出口三通阀5分别与AQDS正极电解液储罐3、正极动力泵9连接，所述的AQDS正极电解液储罐与正极液体分离装置7连接，所述的正极液体分离装置分别与电堆系统11、所述的正极电解液储罐，所述的正极动力泵与正极固定压板14连接，所述的正极固定压板依次连接正极极板16、正极液流框18、离子交换隔膜20，所述的电堆系统与逆变器12连接，所述的逆变器连接电源13。

实施例2：

根据实施例1所述的有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统，所述的负极电解液储罐底部通过负极储罐出口三通阀6分别与HBr/Br2负极电解液储罐4、负极动力泵10连接，所述的HBr/Br2负极电解液储罐与负极液体分离装置8连接，所述的负极液体分离装置与负极固定压板15连接，所述的负极固定压板依次连接负极极板17、负极液流框19、所述的离子交换隔膜。

实施例3：

根据实施例2所述的有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统，所述的正极液体分离装置、所述的负极液体分离装置包括可视化液体分离池22，所述的可视化液体分离池分别连接分离入口四通阀21、分离出口三通阀23。

实施例4：

根据实施例1或2所述的有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统的储能方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，基于不同价态钒溶液、不同类型有机溶液构建两组正负极电解液

储罐系统；

步骤二，利用液体分离装置、三通阀组及动力泵组将电解液储罐与电堆系统连接，构成储能系统；

步骤三，通过公共电堆系统与液体分离装置，有机液流电池可与全钒液流电池互为备用；

所述步骤一中，具体内容包括：

（1）以V⁴⁺、V⁵⁺溶液为基底组成正极电解液，以V²⁺、V³⁺溶液为基底组成负极电解液；

（2）由于全钒液流电池需使用酸性离子交换膜，为保证有机液流电池可与全钒液流电池公用同组电堆系统，有机液流电池电解液需采用酸性电解液，以HBr、Br2溶液为基底组成正极电解液，以9,10-蒽醌-2,7 二磺酸（AQDS）、H2SO4溶液为基底组成负极电解液；

所述步骤二中，具体内容包括：

（1）利用正极储罐出口三通阀和正极液体分离装置，使正极电解液分为V²⁺、V³⁺流动循环和HBr、Br2流动循环两类运行模式，由公用的正极动力泵提供动力；

（2）利用负极储罐出口三通阀和负极液体分离装置，使负极电解液分为V⁴⁺、V⁵⁺流动循环和AQDS、H2SO4流动循环两类运行模式，由公用的负极动力泵提供动力；

（3）正极流动循环及负极流动循环通过电堆系统实现充放电过程，电堆系统则通过逆变器与电源连接，实现有序充放电；

（4）为简化专利实际内容，储能系统所需EMS、BMS等控制系统并未体现在本专利中，但相关系统补充性描述均应在本申请保护范围

所述步骤三中，具体内容包括：

（1）液体分离装置由分离入口四通阀、可视化液体分离池、分离出口三通阀组成，分离入口四通阀分别连接电推、有机溶液储罐、钒溶液储罐及可视化液体分离池，分离出口三通阀分别连接有机溶液储罐、钒溶液储罐及可视化液体分离池；

（2）液体分离装置仅在液流电池电解液切换时投入使用，有机液流电池或全钒液流电池正常运行时，液体分离装置不介入使用；

（3）有机电解液与全钒电解液颜色不一致，通过可视化液体分离池实现两类电解液的有效分离；

（4）电堆系统由正极固定压板、负极固定压板、正极极板、负极极板、正极液流框、负极液流框、离子交换隔膜等元件组成；

（5）为保证电堆系统对有机电解液和全钒电解液的适用性，离子交换膜需采用Nafion膜，该类型膜已被验证可用于全钒液流电池和AQDS/Br2有机液流电池。

本申请以全钒液流电池与有机液流电池互补备用技术为基础，构建1kW储能系统，系统参数如下表所示：

液流电池长时间运行后，需停运储能系统，补充电解液，当需要补充全钒电解液或有机电解液时，调节三通阀组，使需更换电解液的流动循环隔离即可完成电解液补充或更换工作，无需停运整个储能系统，由于钒价格昂贵，电解液泄漏易造成环境污染或威胁人体健康，案例实施过程若以有机液流循环为主，可降低储能系统全寿命周期的环境污染。

Claims (4)

1.一种有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统，其组成包括：正极电解液储罐、负极电解液储罐，其特征是：所述的正极电解液储罐底部通过正极储罐出口三通阀分别与AQDS正极电解液储罐、正极动力泵连接，所述的AQDS正极电解液储罐与正极液体分离装置连接，所述的正极液体分离装置分别与电堆系统、所述的正极电解液储罐，所述的正极动力泵与正极固定压板连接，所述的正极固定压板依次连接正极极板、正极液流框、离子交换隔膜，所述的电堆系统与逆变器连接，所述的逆变器连接电源。

2.根据权利要求1所述的有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统，其特征是：所述的负极电解液储罐底部通过负极储罐出口三通阀分别与HBr/Br2负极电解液储罐、负极动力泵连接，所述的HBr/Br2负极电解液储罐与负极液体分离装置连接，所述的负极液体分离装置与负极固定压板连接，所述的负极固定压板依次连接负极极板、负极液流框、所述的离子交换隔膜。

3.根据权利要求2所述的有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统，其特征是：所述的正极液体分离装置、所述的负极液体分离装置包括可视化液体分离池，所述的可视化液体分离池分别连接分离入口四通阀、分离出口三通阀。

4.根据权利要求1-3之一所述的有机液流电池与全钒液流电池互补的储能系统的储能方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

步骤一，基于不同价态钒溶液、不同类型有机溶液构建两组正负极电解液

储罐系统；

步骤二，利用液体分离装置、三通阀组及动力泵组将电解液储罐与电堆系统连接，构成储能系统；

步骤三，通过公共电堆系统与液体分离装置，有机液流电池可与全钒液流电池互为备用；

所述步骤一中，具体内容包括：

（1）以V⁴⁺、V⁵⁺溶液为基底组成正极电解液，以V²⁺、V³⁺溶液为基底组成负极电解液；

（2）由于全钒液流电池需使用酸性离子交换膜，为保证有机液流电池可与全钒液流电池公用同组电堆系统，有机液流电池电解液需采用酸性电解液，以HBr、Br2溶液为基底组成正极电解液，以9,10-蒽醌-2,7 二磺酸（AQDS）、H2SO4溶液为基底组成负极电解液；

所述步骤二中，具体内容包括：

（1）利用正极储罐出口三通阀和正极液体分离装置，使正极电解液分为V²⁺、V³⁺流动循环和HBr、Br2流动循环两类运行模式，由公用的正极动力泵提供动力；

（2）利用负极储罐出口三通阀和负极液体分离装置，使负极电解液分为V⁴⁺、V⁵⁺流动循环和AQDS、H2SO4流动循环两类运行模式，由公用的负极动力泵提供动力；

（3）正极流动循环及负极流动循环通过电堆系统实现充放电过程，电堆系统则通过逆变器与电源连接，实现有序充放电；

所述步骤三中，具体内容包括：

（1）液体分离装置由分离入口四通阀、可视化液体分离池、分离出口三通阀组成，分离入口四通阀分别连接电推、有机溶液储罐、钒溶液储罐及可视化液体分离池，分离出口三通阀分别连接有机溶液储罐、钒溶液储罐及可视化液体分离池；

（2）液体分离装置仅在液流电池电解液切换时投入使用，有机液流电池或全钒液流电池正常运行时，液体分离装置不介入使用；

（3）有机电解液与全钒电解液颜色不一致，通过可视化液体分离池实现两类电解液的有效分离；

（4）电堆系统由正极固定压板、负极固定压板、正极极板、负极极板、正极液流框、负极液流框、离子交换隔膜等元件组成；

（5）为保证电堆系统对有机电解液和全钒电解液的适用性，离子交换膜需采用Nafion膜，该类型膜已被验证可用于全钒液流电池和AQDS/Br2有机液流电池。

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