CN114497644A - 一种锌基单液流电池运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锌溴单液流电池运行方法,锌溴单液流电池包括锌溴单液流单电池或由二节以上单电池串连而成的电堆;1)在锌溴单液流电池组装后电池首次充放电前,正极出液口电动阀、正极进液口电动阀、负极出液口电动阀、负极进液口电动阀打开,电解液在电池内部循环流动,使电极完全被电解液浸润;2)进行锌溴单液流电池充放电运行;充电过程:正极出液口电动阀、正极进液口电动阀始终处于关闭状态,负极出液口电动阀、负极进液口电动阀打开,循环泵开启;放电过程:正极出液口电动阀、正极进液口电动阀、负极出液口电动阀、负极进液口电动阀均处于关闭状态,循环泵关闭。本发明可提升电池性能,电压均一性;减少系统泵耗。
Description
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域,特别涉及锌溴单液流电池领域。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭,风能、太阳能等可再生能源的开发利用成为各国关注的焦点。由于风能、太阳能受天气等因素影响具有不连续、不稳定性,这会在可再生能源发电并网过程中电网造成冲击,影响供电质量及电网稳定。储能技术则可解决这一问题,保证可再生能源发电并网的高效稳定运行。储能技术主要分为物理储能和化学储能两大类。其中以全钒液流电池和锌溴液流电池为代表的化学储能由于具有功率和容量相互独立、响应迅速、结构简单、易于设计、循环寿命长、环境友好等诸多优点在规模化储能上最具优势。锌溴液流电池电解液由于价格便宜、资源丰富、来源广泛相比于全钒液流电池电解液更具成本优势。锌溴单液流电池在锌溴液流电池的基础上将正极充电过程中生成的溴储存在电池内部,解决了溴的腐蚀与污染问题,同时正极不需要额外循环泵及管路,使系统结构更加简单,成本更加低廉。
锌溴单液流电池在充放电过程中负极通过循环泵使电解液在电池内部循环流动,在电堆内部,由于电解液彼此联通存在电解液电阻,电解液电阻会在电池电压作用下产生一个额外的电流,这个电流即漏电电流。漏电电流的存在会使电池库伦效率降低,电压均一性变差,进而影响电池性能及使用寿命。此外,锌溴单液流电池中循环泵能耗也将降低系统能量效率。
发明内容
本发明所要解决的目的是提供一种锌溴单液流电池运行方法。
一种锌基单液流电池运行方法,锌基单液流电池包括锌基单液流单电池或由二节以上单电池串连而成的电堆(3);
电池或电堆(3)的正极出液口经正极出液口电动阀(1)与负极出液口经负极出液口电动阀(4)管路连接,且它们的连接管路与电解液储液罐 (6)相连;
电池或电堆(3)的正极进液口经正极进液口电动阀(2)与负极进液口经负极进液口电动阀(5)管路连接,且它们的连接管路通过循环泵(7) 与电解液储液罐(6)相连;
1)在锌基单液流电池组装后电池首次充放电前,正极出液口电动阀 (1)、正极进液口电动阀(2)、负极出液口电动阀(4)、负极进液口电动阀(5)打开,电解液在电池内部循环流动,使电极完全被电解液浸润;
2)进行锌溴单液流电池充放电运行;
充电过程:正极出液口电动阀(1)、正极进液口电动阀(2)始终处于关闭状态,负极出液口电动阀(4)、负极进液口电动阀(5)打开,循环泵(7)开启;
放电过程:正极出液口电动阀(1)、正极进液口电动阀(2)、负极出液口电动阀(4)、负极进液口电动阀(5)均处于关闭状态,循环泵(7) 关闭。
放电过程中先关闭循环泵(7),待锌溴单液流电池的负极无电解液回流时,关闭负极出液口电动阀(4)、负极进液口电动阀(5)。
电池正负极电极材料分别为碳毡或石墨毡。
所述电动阀为电磁阀。
所述锌基单液流电池包括锌溴、锌碘、锌镍、锌铁、锌钒、锌多卤化物或锌氯单液流电池。
本发明的技术方案,
1.所述锌溴单液流电池包括1正极出液口电动阀,2正极进液口电动阀,3电堆,4负极出液口电动阀,5负极进液口电动阀,6储液罐,7循环泵。
2.电池充放电前,1,2,4,5电动阀打开,电解液在电池内部循环流动,使电极完全被电解液浸润。
3.电池充电过程中1,2电动阀始终处于关闭状态,4,5电动阀处于开启状态,7循环泵开启;放电过程中1,2,4,5电动阀均处于关闭状态,7 循环泵关闭。
4.放电过程中先关闭7循环泵,待电解液回流到储液罐后关闭负极4, 5电动阀。
5.电池正负极电极材料为碳毡或石墨毡。
本发明的有益效果
1.锌溴单液流电池充电后,活性物质均储存在电池内部,通过在放电过程中关闭循环泵、电动阀,阻断电解液循环,消除放电过程中漏电电流。提升电池性能,电压均一性;减少系统泵耗。
2.与充放电过程中循环泵持续打开相比,放电过程中关闭循环泵使系统泵耗减少一半。
附图说明
图1为本发明锌溴单液流电池示意图
其中1-正极出液口电动阀,2-正极进液口电动阀,3-电堆,4-负极出液口电动阀,5-负极进液口电动阀,6-储液罐,7-循环泵。
图2为实施例1的电池性能图;
图3为对比例1的电池性能图。
具体实施方式
实施例1
锌溴单液流电池包括1正极出液口电动阀,2正极进液口电动阀,3 电堆,4负极出液口电动阀,5负极进液口电动阀,6储液罐,7循环泵。锌溴单液流电池包括五节单电池串连而成的电堆3;电堆3的正极出液口经正极出液口电动阀1与负极出液口经负极出液口电动阀4管路连接,且它们的连接管路与电解液储液罐6相连;电堆3的正极进液口经正极进液口电动阀2与负极进液口经负极进液口电动阀5管路连接,且它们的连接管路通过循环泵7与电解液储液罐6相连;
电堆所用电极材料为正负均为6mm碳毡。电堆充电电流密度 20mA/cm2,放电电流密度40mA/cm2,电堆有效面积875cm2,充电时间3h。电堆运行过程中,首先,1,2,4,5电动阀打开,电解液在电池内部循环流动,使电极完全被电解液浸润。电堆充电过程中1,2电动阀始终处于关闭状态, 4,5电动阀处于开启状态,7循环泵开启;放电过程中1,2,4,5电动阀均处于关闭状态,7循环泵关闭。放电过程中先关闭7循环泵,待电解液回流到储液罐后关闭负极4,5电动阀。采用万用表测量放电1h时电堆各节单电池电压。放电1h后,电堆电压均一性较好,各节单电池间电压差最大仅10mV。电堆180循环平均CE93%,VE 81%,EE 75%。电堆运行稳定,电池性能未有衰减(如图2所示)。
电堆节数 | 电压/V |
1 | 1.57 |
2 | 1.58 |
3 | 1.58 |
4 | 1.58 |
5 | 1.57 |
对比例1
结构同实施例1,锌溴单液流电池包括1正极出液口电动阀,2正极进液口电动阀,3电堆,4负极出液口电动阀,5负极进液口电动阀,6储液罐,7循环泵。电堆所用电极材料为正负均为6mm碳毡。电堆充电电流密度 20mA/cm2,放电电流密度40mA/cm2,充电堆有效面积875cm2,电时间3h。电堆运行过程中,首先,1,2,4,5电动阀打开,电解液在电池内部循环流动,使电极完全被电解液浸润。电堆充放电过程中1,2电动阀始终处于关闭状态,4,5电动阀处于开启状态,7循环泵开启;采用万用表测量放电1h时电堆各节单电池电压。
与放电过程中循环泵及电动阀均关闭相比,放电1h后电堆电压均一性较差,各节单电池间电压差最大仅70mV。这主要是由于放电过程中负极电解液循环导致漏电电流的存在,电堆电压均一性变差。同时漏电电流的存在使电池CE、VE均降低,电堆初始效率CE91%,VE78%,EE 72%。此外由于电堆单电压均一性较差,随着循环数的增加,电池循环性能逐渐下降。120个循环后电堆EE以由初始的72%衰减到52%,电池EE衰减20%。(如图3所示)。
电堆节数 | 电压/V |
1 | 1.54 |
2 | 1.57 |
3 | 1.52 |
4 | 1.58 |
5 | 1.51 |
Claims (5)
1.一种锌基单液流电池运行方法,锌基单液流电池包括锌基单液流单电池或由二节以上单电池串连而成的电堆(3);
电池或电堆(3)的正极出液口经正极出液口电动阀(1)与负极出液口经负极出液口电动阀(4)管路连接,且它们的连接管路与电解液储液罐(6)相连;
电池或电堆(3)的正极进液口经正极进液口电动阀(2)与负极进液口经负极进液口电动阀(5)管路连接,且它们的连接管路通过循环泵(7)与电解液储液罐(6)相连;
1)在锌基单液流电池组装后电池首次充放电前,正极出液口电动阀(1)、正极进液口电动阀(2)、负极出液口电动阀(4)、负极进液口电动阀(5)打开,电解液在电池内部循环流动,使电极完全被电解液浸润;
2)进行锌溴单液流电池充放电运行;
充电过程:正极出液口电动阀(1)、正极进液口电动阀(2)始终处于关闭状态,负极出液口电动阀(4)、负极进液口电动阀(5)打开,循环泵(7)开启;
放电过程:正极出液口电动阀(1)、正极进液口电动阀(2)、负极出液口电动阀(4)、负极进液口电动阀(5)均处于关闭状态,循环泵(7)关闭。
2.按照权利要求1所述运行方法,其特征在于:
放电过程中先关闭循环泵(7),待锌溴单液流电池的负极无电解液回流时,关闭负极出液口电动阀(4)、负极进液口电动阀(5)。
3.按照权利要求1或2所述运行方法,其特征在于:电池正负极电极材料分别为碳毡或石墨毡。
4.按照权利要求1或2所述运行方法,其特征在于:所述电动阀为电磁阀。
5.按照权利要求1所述运行方法,其特征在于:所述锌基单液流电池包括锌溴、锌碘、锌镍、锌铁、锌钒、锌多卤化物或锌氯单液流电池。
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