CN117476974A - 全钒液流电池实时检测补偿方法及系统 - Google Patents

全钒液流电池实时检测补偿方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117476974A
CN117476974A CN202311423871.XA CN202311423871A CN117476974A CN 117476974 A CN117476974 A CN 117476974A CN 202311423871 A CN202311423871 A CN 202311423871A CN 117476974 A CN117476974 A CN 117476974A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
positive
negative electrode
redox flow
vanadium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311423871.XA
Other languages
English (en)
Inventor
毕宸洋
潘国梁
丁震霈
蒋自展
王怡君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Guoxian Testing Co ltd
Original Assignee
Shanghai Guoxian Testing Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Guoxian Testing Co ltd filed Critical Shanghai Guoxian Testing Co ltd
Priority to CN202311423871.XA priority Critical patent/CN117476974A/zh
Publication of CN117476974A publication Critical patent/CN117476974A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04276Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/33Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • G01R31/388Determining ampere-hour charge capacity or SoC involving voltage measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444Concentration; Density
    • H01M8/04477Concentration; Density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04634Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04641Other electric variables, e.g. resistance or impedance of the individual fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Abstract

本发明涉及全钒液流电池技术领域,尤其涉及一种全钒液流电池实时检测补偿方法,主要是建立比对数据库,检测运行中正负极电解液的紫外分光光谱、电导率和体积,根据测得的负极电解液的紫外分光光谱和电导率,确定负极电解液浓度和价态比例,根据测得的负极电解液的体积,确定负极电解液钒离子总量,根据钒离子守恒,确定正极电解液钒离子总量,将测得的正极电解液的紫外分光光谱和电导率与比对数据库对比,确定正极电解液浓度和价态比例。还涉及实施该方法的全钒液流电池实时检测补偿系统,包括:紫外分光检测模块、电导率检测模块、液位检测模块和控制模块,比对数据库存储于控制模块。能够实现电解液参数的不停机实时测量,提高测量准确性。

Description

全钒液流电池实时检测补偿方法及系统
技术领域
本发明涉及全钒液流电池技术领域,尤其涉及一种全钒液流电池实时检测补偿方法以及实施该全钒液流电池实时检测补偿方法的全钒液流电池实时检测补偿系统。
背景技术
全钒液流电池是一种以钒为活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池,主要利用钒离子的价态的变化来实现电能的储存和释放。全钒液流电池本身安全性较高,适宜连续运行,但其长时间运行后受限于离子传导膜性能,负极的钒离子和水都会向正极迁移,使得正极的电解液体积、钒离子浓度和总钒容量均与负极拉开差距,导致电池充放电容量和效率均降低。因此在全钒液流电池运行过程中需要对电解液状态进行检测和调整。
电解液状态检测主要是检测电解液中不同价态的钒离子的浓度以及正负极电解液的体积,从而可以推算出正负极水和钒的差距。检测钒离子价态的常用方法通常是采用电位滴定和紫外分光光度计分析,对于持续运行的全钒液流电池系统,这两种测试方法都是破坏性的。此外,紫外分光法对于全钒液流电池负极电解液中的2价和3价钒离子具有较好的检测效果,但对全钒液流电池正极电解液中的5价钒离子无法检测,且正极电解液中的4价和5价钒离子会形成络合,进一步干扰检测。现有技术中,全钒液流电池系统实时检测的方法,通常都是检测电池的开路电压,以及电堆各位置的电位,通过经验公式来计算钒浓度,测量准确性不高。
对于电解液状态调整,目前,全钒液流电池系统通常是通过正负极电解液共混,让负极的2价钒离子直接去还原正极的5价钒离子,生成3.5价的电解液。但该方案不能完全消除价态偏移,一般共混4次以上就会因为正负极钒含量差异过大而无法调整价态到正常范围,而且共混只能在电池SOC较低(即基本放电状态)时进行,SOC高时共混会导致大量发热。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷,本发明要解决的技术问题是提供一种全钒液流电池实时检测补偿方法及系统,能够实现全钒液流电池正负极电解液参数的不停机实时测量,并提高测量准确性。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明提供一种全钒液流电池实时检测补偿方法,依次包括以下步骤:步骤一、建立比对数据库,比对数据库包括不同钒离子浓度和不同钒离子价态比例的模拟电解液的紫外分光光谱和电导率;步骤二、检测运行中的全钒液流电池的正、负极电解液的紫外分光光谱、电导率和体积;步骤三、根据测得的负极电解液的紫外分光光谱和电导率,确定负极电解液的钒离子浓度和钒离子价态比例,根据测得的负极电解液的体积,确定负极电解液的钒离子总量,根据钒离子守恒,确定正极电解液的钒离子总量,将测得的正极电解液的紫外分光光谱和电导率与比对数据库对比,确定正极电解液的钒离子浓度和钒离子价态比例。
优选地,还包括以下步骤:步骤四、在全钒液流电池的正、负极电解液的体积差距达到设定差距时,抽取部分正极电解液加入草酸进行还原反应,将还原反应后的电解液按比例分别注回正、负极电解液中。
优选地,步骤四中,设定差距为5L-10L。
优选地,步骤四中,将还原反应后的电解液中1b-1.8b的电解液注回负极电解液中,其余注回正极电解液中,b为正、负极电解液的体积差距的一半。
本发明还提供一种实施如上所述的全钒液流电池实时检测补偿方法的全钒液流电池实时检测补偿系统,包括:紫外分光检测模块,设于全钒液流电池的正、负极储罐出口管道上,用于检测全钒液流电池的正、负极电解液的紫外分光光谱;电导率检测模块,设于正、负极储罐出口管道上,用于检测正、负极电解液的电导率;液位检测模块,设于全钒液流电池的正、负极储罐上,用于检测正、负极储罐内的液位;控制模块,与紫外分光检测模块、电导率检测模块和液位检测模块均通信连接,比对数据库存储于控制模块。
优选地,还包括设于正、负极储罐之间的补偿模块,补偿模块用于抽取正极储罐中的部分正极电解液加入草酸进行还原反应,并将还原反应后的电解液按比例分别注回正、负极储罐中,补偿模块与控制模块通信连接。
优选地,补偿模块包括补偿准备罐,补偿准备罐的底部分别通过液管连接至正、负极储罐的底部,补偿准备罐的顶部连接有草酸存储盒和反应气体收集液封管,补偿准备罐的顶部与正、负极储罐的顶部通过气管相连通,液管和草酸存储盒均与控制模块通信连接。
优选地,紫外分光检测模块包括紫外可见分光光度计和分别设于正、负极储罐出口管道上的两个检测暗室,正、负极储罐出口管道上均并联设有紫外分光检测支路,紫外分光检测支路位于检测暗室内,在紫外分光检测支路相对的两侧分别设有紫外分光光源和紫外分光检测器,紫外分光检测器与紫外可见分光光度计相连接,紫外可见分光光度计与控制模块通信连接。
优选地,电导率检测模块包括电导仪和分别设于正、负极储罐出口管道上的两个电导率传感器,两个电导率传感器均与电导仪相连接,电导仪与控制模块通信连接。
优选地,液位检测模块包括两个分别设于正、负极储罐外侧的液位检测管道和分别设于两个液位检测管道上的液位传感器,两个液位检测管道分别与正、负极储罐并联,两个液位传感器均与控制模块通信连接。
与现有技术相比,本发明具有显著的进步:
本发明实现了在全钒液流电池运行过程中不停机实时检测正、负极电解液的体积、各价态钒离子浓度、钒离子价态比例以及钒离子总量,特别是通过紫外分光光谱和电导率联用确定各价态钒离子浓度和钒离子价态比例,解决了紫外分光法无法准确得到正极电解液中4价和5价钒离子具体参数的难题,有效提高了测量的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例的全钒液流电池实时检测补偿系统的结构示意图。
图2是本发明实施例的全钒液流电池实时检测补偿系统中,检测暗室的内部结构示意图。
其中,附图标记说明如下:
100a 正极储罐
101a 正极储罐出口管道
102a 正极储罐进口管道
100b 负极储罐
101b 负极储罐出口管道
102b 负极储罐进口管道
200 电池堆体
1 补偿准备罐
2 液管
3 草酸存储盒
4 反应气体收集液封管
41 第一液封管段
42 第二液封管段
5 气管
6 紫外可见分光光度计
7 检测暗室
71 紫外分光检测支路
72 紫外分光光源
73 紫外分光检测器
8 电导仪
9 电导率传感器
10 液位检测管道
11 液位传感器
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1和图2所示,为本发明的全钒液流电池实时检测补偿方法的一种实施例以及实施该全钒液流电池实时检测补偿方法的全钒液流电池实时检测补偿系统的一种实施例。参见图1,全钒液流电池包括存储正极电解液的正极储罐100a、存储负极电解液的负极储罐100b和电池堆体200,正极储罐100a通过正极储罐出口管道101a、正极储罐进口管道102a与电池堆体200连接,负极储罐100b通过负极储罐出口管道101b、负极储罐进口管道102b与电池堆体200连接。
本实施例的全钒液流电池实时检测补偿方法依次包括以下步骤。
步骤一、建立比对数据库,比对数据库包括不同钒离子浓度和不同钒离子价态比例的模拟电解液的紫外分光光谱和电导率。具体地,先配置1.0mol/L-1.7mol/L的不同钒离子价态比例(2价/3价、4价/5价)的硫酸溶液,作为模拟电解液,模拟不同钒离子浓度和不同钒离子价态比例的全钒液流电池电解液,然后分别测定这些模拟电解液的紫外分光光谱和电导率,建立比对数据库。
步骤二、检测运行中的全钒液流电池的正、负极电解液的紫外分光光谱、电导率和体积。对于相同钒离子浓度的电解液,钒离子价态越高,则电解液的电导率越高,基于该特性,利用电解液的电导率可以推算或验证电解液的钒离子价态比例。
步骤三、根据测得的负极电解液的紫外分光光谱和电导率,确定负极电解液的钒离子浓度和钒离子价态比例。对于负极电解液而言,由于紫外分光法对负极电解液中的2价和3价钒离子具有较好的检测效果,因此,负极电解液的钒离子浓度和钒离子价态比例主要通过紫外分光法测得的负极电解液的紫外分光光谱确定,而测得的负极电解液的电导率则可对由测得的负极电解液的紫外分光光谱确定的负极电解液的钒离子浓度和钒离子价态比例进行比对确认和验证。基于确定的负极电解液的钒离子浓度和钒离子价态比例,根据测得的负极电解液的体积,确定负极电解液的钒离子总量。全钒液流电池系统内钒离子守恒,基于确定的负极电解液的钒离子总量,根据钒离子守恒,确定正极电解液的钒离子总量。对于正极电解液而言,由于紫外分光法对正极电解液中的5价钒离子无法检测,且正极电解液中的4价和5价钒离子会形成络合物而干扰检测,导致紫外分光法无法准确得到正极电解液中4价和5价钒离子的具体参数,因此,将测得的正极电解液的紫外分光光谱和电导率与比对数据库对比,通过比对数据库中与测得的正极电解液的紫外分光光谱和电导率相吻合的数据,确定对应的钒离子浓度和钒离子价态比例,即为正极电解液的钒离子浓度和钒离子价态比例。
由此,本实施例的全钒液流电池实时检测补偿方法实现了在全钒液流电池运行过程中不停机实时检测正、负极电解液的体积、各价态钒离子浓度、钒离子价态比例以及钒离子总量,特别是通过紫外分光光谱和电导率联用确定各价态钒离子浓度和钒离子价态比例,解决了紫外分光法无法准确得到正极电解液中4价和5价钒离子具体参数的难题,有效提高了测量的准确性。
通过上述步骤一至步骤三实时检测运行中的全钒液流电池的正、负极电解液参数,可以实时获得正、负极电解液的体积差距、钒离子浓度差距和钒离子价态偏移,在此基础上,进一步,本实施例的全钒液流电池实时检测补偿方法还包括步骤四、在全钒液流电池的正、负极电解液的体积差距达到设定差距时,启动补偿调整,补偿调整为:抽取部分正极电解液加入草酸进行还原反应,将5价钒离子还原为4价钒离子,抽取的正极电解液适量,并加入等当量的草酸,将抽取的正极电解液还原至纯4价,然后将还原反应后的电解液按比例分别注回正、负极电解液中,从而调整正、负极电解液的参数回到正常范围。由此,本实施例的全钒液流电池实时检测补偿方法在取得准确的正、负极电解液参数的基础上,通过抽取正极电解液、加入草酸调节钒离子价态后再注回正、负极电解液中混合,采用先调节再按比例共混的方式,能够解决现有技术中单纯混合电解液方案无法避免的价态偏移扩大问题,保证全钒液流电池可以长时间高效温度运行。
本实施例中,优选地,步骤四中,设定差距为5L-10L,即全钒液流电池的正、负极电解液的体积差距达到5L-10L时,启动补偿调整。根据大量试验结果,正、负极电解液的体积差距超过此范围时将导致两极偏差过大、难以调整。
本实施例中,优选地,步骤四中,在抽取的正极电解液与草酸还原反应完成后,将还原反应后的电解液中1b-1.8b的电解液注回负极电解液中,其余注回正极电解液中,b为正、负极电解液的体积差距的一半。由此可以保证正、负极电解液的体积、电荷量和钒含量都在正常范围内,可以继续稳定运转。
设定全钒液流电池的电解液体积总共为2x L(正、负极电解液各x L),初始电解液浓度为2a mol/L,实际运行过程中两极电解液体积差距为2b L。初始电解液参数、理想情况充满电电解液参数跟实际电解液参数见下表1。
表1电解液参数表
显然,全钒液流电池正常运行的话,电解液中正电子总量E=14ax不变,但实际情况由于钒离子向正极偏移,导致正极电解液浓度变大,实际正电子总量为:
E’=2aII·(x-b)+3aIII·(x-b)+4aIV·(x+b)+5aV·(x+b)
E’-E即为价态偏移量,需加入草酸还原。根据草酸与5价钒离子反应方程式:
(VO2)2SO4+C2H2O4·2H2O+H2SO4=2VOSO4+2CO2↑+4H2O
草酸添加量为(E’-E)/2,而需要从正极抽取的电解液体积为(E’-E)/2aV,根据大量试验结果证明,将抽取的正极电解液还原反应后向负极注回1b-1.8b,其余注回正极,可以保证正负极电解液体积、价态、钒总量均在正常范围之内。
在一个具体的实施方式中,全钒液流电池的初始电解液为3.5价、1.6mol/L、200L,全钒液流电池运行一段时间后,根据上述步骤一至步骤三,得到电解液参数见下表2,此时,正、负极电解液的体积差距达到10L。
表2电解液参数表
从正极抽取30.56L电解液,以12.38mol(1113.75g)草酸进行还原反应。然后将还原反应后的电解液按比例分别注回正、负极电解液中:
(1)如果按1b注回负极,则负极实际注回5L电解液,其余25.56L电解液注回到正极,调整后正负极电解液体积差0L,钒含量差缩小到2.97%,正负极电荷量与理想情况一致。
(2)如果按1.4b注回负极,则负极实际注回7L电解液,其余23.56L电解液回到正极,调整后正负极电解液体积差4L,钒含量差缩小到0.09%,负极电荷量稍多。这是最理想的实施方案,两极钒含量达到平衡,负极电解液体积和电荷量稍多会在后续运转中自动平衡。
(3)如果按1.8b注回负极,则负极实际注回9L电解液,其余21.56L电解液回到正极,调整后正负极电解液体积差8L,钒含量差缩小到3.18%,负极电解液体积和电荷量超过正极较多,但仍在正常范围内,后续运转中将达到平衡。
可见,将还原反应后的电解液中1b-1.8b的电解液注回负极电解液中,其余注回正极电解液中,可以保证正、负极电解液的体积、电荷量和钒含量都在正常范围内,电池可以继续稳定运转。
参见图1和图2,本实施例还提供一种全钒液流电池实时检测补偿系统,本实施例的全钒液流电池实时检测补偿系统用于实施本实施例上述的全钒液流电池实时检测补偿方法。
本实施例的全钒液流电池实时检测补偿系统包括紫外分光检测模块、电导率检测模块、液位检测模块和控制模块。紫外分光检测模块设于全钒液流电池的正极储罐出口管道101a和负极储罐出口管道101b上,紫外分光检测模块用于检测全钒液流电池的正、负极电解液的紫外分光光谱。电导率检测模块设于正极储罐出口管道101a和负极储罐出口管道101b上,用于检测正、负极电解液的电导率。液位检测模块设于全钒液流电池的正极储罐100a和负极储罐100b上,用于检测正极储罐100a和负极储罐100b内的液位,根据检测正极储罐100a和负极储罐100b内的液位可计算获得正、负极电解液的体积。控制模块与紫外分光检测模块、电导率检测模块和液位检测模块均通信连接,建立的比对数据库存储于控制模块。在全钒液流电池运行的过程中,紫外分光检测模块实时检测正、负极电解液的紫外分光光谱并将检测到的正、负极电解液的紫外分光光谱信息输送至控制模块,电导率检测模块实时检测正、负极电解液的电导率并将检测到的正、负极电解液的电导率信息输送至控制模块,液位检测模块实时检测正、负极储罐内的液位并将检测到的正、负极储罐内的液位信息输送至控制模块,控制模块接收紫外分光检测模块、电导率检测模块和液位检测模块的检测信息,根据正、负极储罐内的液位信息计算获得正、负极电解液的体积,并自动执行本实施例上述的全钒液流电池实时检测补偿方法的步骤三,从而实现在全钒液流电池运行过程中不停机自动实时检测正、负极电解液的体积、各价态钒离子浓度、钒离子价态比例以及钒离子总量。
进一步,本实施例的全钒液流电池实时检测补偿系统还包括补偿模块,补偿模块设于正极储罐100a和负极储罐100b之间,补偿模块用于执行本实施例上述的全钒液流电池实时检测补偿方法的步骤四,即用于抽取正极储罐100a中的部分正极电解液加入草酸进行还原反应,并将还原反应后的电解液按比例分别注回正极储罐100a和负极储罐100b中。补偿模块与控制模块通信连接。控制模块执行本实施例上述的全钒液流电池实时检测补偿方法的步骤三后,通过计算获得正、负极电解液的体积差距、钒离子浓度差距和钒离子价态偏移,在全钒液流电池的正、负极电解液的体积差距达到设定差距时,控制模块自动控制补偿模块启动补偿调整,从而自动调整正、负极电解液的参数回到正常范围。
参见图1,本实施例中,优选地,补偿模块包括补偿准备罐1,补偿准备罐1的底部分别通过液管2连接至正极储罐100a的底部和负极储罐100b的底部,连接补偿准备罐1与正极储罐100a的液管2用于抽取正极储罐100a中的部分适量电解液至补偿准备罐1和补偿准备罐1中完成还原反应后的电解液按比例注回正极储罐100a中,连接补偿准备罐1与负极储罐100b的2用于补偿准备罐1中完成还原反应后的电解液按比例注回负极储罐100b中。各液管2与控制模块通信连接,由控制模块根据检测信息自动控制液管2的通断和流量,从而对补偿模块的启动和停止、抽取正极电解液的量以及还原反应后的电解液注回正极储罐100a和负极储罐100b的比例进行自动调节和控制。补偿准备罐1的顶部连接有草酸存储盒3,草酸存储盒3内存储有草酸,草酸存储盒3与补偿准备罐1相连接并可根据需要向补偿准备罐1内加入定量草酸。草酸存储盒3与控制模块通信连接,由控制模块根据检测信息自动控制草酸存储盒3向补偿准备罐1内加入的草酸的量,以满足将抽取至补偿准备罐1内的4价和5价混合的正极电解液还原为纯4价电解液的要求。草酸还原5价钒离子的反应产生副产物水和二氧化碳,为去除还原反应副产物,在补偿准备罐1的顶部还连接有反应气体收集液封管4,用于吸收二氧化碳气体。较佳地,反应气体收集液封管4包括第一液封管段41和第二液封管段42,第一液封管段41和第二液封管段42均为U型管,第一液封管段41的一侧与补偿准备罐1的顶部相连通,第一液封管段41的另一侧与第二液封管段42的一侧相连通,第一液封管段41内装有Ca(OH)2溶液,用于去除草酸与5价钒离子反应产生的二氧化碳气体,第二液封管段42内装有水,用于隔绝外部气体,由此形成双层液封结构。由于全钒液流电池运行过程中不可避免的存在副反应,电解水析氢将导致水含量降低,草酸与5钒离子反应产生的水则刚好可用以补足。补偿准备罐1的顶部与正极储罐100a的顶部、负极储罐100b的顶部均通过气管5相连通,使补偿准备罐1、正极储罐100a和负极储罐100b三者气压保持一致。
参见图1,本实施例中,优选地,紫外分光检测模块包括紫外可见分光光度计6和两个检测暗室7,两个检测暗室7分别设于正极储罐出口管道101a和负极储罐出口管道101b上。参见图2,正极储罐出口管道101a和负极储罐出口管道101b上均并联设有紫外分光检测支路71,紫外分光检测支路71采用高透光的石英玻璃管道,以便紫外分光检测,较佳地,紫外分光检测支路71的管径为5mm-15mm。紫外分光检测支路71位于检测暗室7内,在紫外分光检测支路71相对的两侧分别设有紫外分光光源72和紫外分光检测器73,且紫外分光光源72和紫外分光检测器73呈相对设置,紫外分光检测器73与紫外可见分光光度计6相连接,紫外可见分光光度计6与控制模块通信连接。检测时,紫外分光检测器73将检测数据输送至紫外可见分光光度计6处理并传输给控制模块,由此测得正、负极电解液的紫外分光光谱。
参见图1,本实施例中,优选地,电导率检测模块包括电导仪8和两个电导率传感器9。两个电导率传感器9分别设于正极储罐出口管道101a和负极储罐出口管道101b上,电导率传感器9直接插入正极储罐出口管道101a和负极储罐出口管道101b内的电解液中,电导率传感器9与正极储罐出口管道101a和负极储罐出口管道101b的连接处做好密封。两个电导率传感器9均与电导仪8相连接,电导仪8与控制模块通信连接,电导仪8通过两个电导率传感器9实时检测正、负极电解液的电导率数据并传输给控制模块,由此测得正、负极电解液的电导率。
参见图1,本实施例中,优选地,液位检测模块包括两个液位检测管道10和两个液位传感器11。两个液位检测管道10分别设于正极储罐100a的外侧和负极储罐100b的外侧,并且,两个液位检测管道10分别与正极储罐100a和负极储罐100b并联,利用连通器原理,两个液位检测管道10内的液位分别与正极储罐100a内的液位和负极储罐100b内的液位保持一致。两个液位传感器11分别设于两个液位检测管道10上,分别用于检测两个液位检测管道10内的液位,即可获得正极储罐100a内的液位和负极储罐100b内的液位。两个液位传感器11均与控制模块通信连接,并将测得的液位信息传输给控制模块,控制模块根据接收到的液位信息计算获得正极储罐100a内的正极电解液的体积和负极储罐100b内的负极电解液的体积。
本实施例中,控制模块的形式并不局限,可以采用常规的控制器,如PLC控制器或单片机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全钒液流电池实时检测补偿方法,其特征在于,依次包括以下步骤:
步骤一、建立比对数据库,所述比对数据库包括不同钒离子浓度和不同钒离子价态比例的模拟电解液的紫外分光光谱和电导率;
步骤二、检测运行中的全钒液流电池的正、负极电解液的紫外分光光谱、电导率和体积;
步骤三、根据测得的负极电解液的紫外分光光谱和电导率,确定负极电解液的钒离子浓度和钒离子价态比例,根据测得的负极电解液的体积,确定负极电解液的钒离子总量,根据钒离子守恒,确定正极电解液的钒离子总量,将测得的正极电解液的紫外分光光谱和电导率与所述比对数据库对比,确定正极电解液的钒离子浓度和钒离子价态比例。
2.根据权利要求1所述的全钒液流电池实时检测补偿方法,其特征在于,还包括以下步骤:
步骤四、在所述全钒液流电池的正、负极电解液的体积差距达到设定差距时,抽取部分正极电解液加入草酸进行还原反应,将还原反应后的电解液按比例分别注回正、负极电解液中。
3.根据权利要求2所述的全钒液流电池实时检测补偿方法,其特征在于,所述步骤四中,所述设定差距为5L-10L。
4.根据权利要求2所述的全钒液流电池实时检测补偿方法,其特征在于,所述步骤四中,将还原反应后的电解液中1b-1.8b的电解液注回负极电解液中,其余注回正极电解液中,
b为正、负极电解液的体积差距的一半。
5.一种实施如权利要求1至4中任意一项所述的全钒液流电池实时检测补偿方法的全钒液流电池实时检测补偿系统,其特征在于,包括:
紫外分光检测模块,设于全钒液流电池的正、负极储罐出口管道上,用于检测所述全钒液流电池的正、负极电解液的紫外分光光谱;
电导率检测模块,设于所述正、负极储罐出口管道上,用于检测所述正、负极电解液的电导率;
液位检测模块,设于所述全钒液流电池的正、负极储罐上,用于检测所述正、负极储罐内的液位;
控制模块,与所述紫外分光检测模块、所述电导率检测模块和所述液位检测模块均通信连接,所述比对数据库存储于所述控制模块。
6.根据权利要求5所述的全钒液流电池实时检测补偿系统,其特征在于,还包括设于所述正、负极储罐之间的补偿模块,所述补偿模块用于抽取正极储罐中的部分正极电解液加入草酸进行还原反应,并将还原反应后的电解液按比例分别注回所述正、负极储罐中,所述补偿模块与所述控制模块通信连接。
7.根据权利要求6所述的全钒液流电池实时检测补偿系统,其特征在于,所述补偿模块包括补偿准备罐,所述补偿准备罐的底部分别通过液管连接至所述正、负极储罐的底部,所述补偿准备罐的顶部连接有草酸存储盒和反应气体收集液封管,所述补偿准备罐的顶部与所述正、负极储罐的顶部通过气管相连通,所述液管和所述草酸存储盒均与所述控制模块通信连接。
8.根据权利要求5所述的全钒液流电池实时检测补偿系统,其特征在于,所述紫外分光检测模块包括紫外可见分光光度计和分别设于所述正、负极储罐出口管道上的两个检测暗室,所述正、负极储罐出口管道上均并联设有紫外分光检测支路,所述紫外分光检测支路位于所述检测暗室内,在所述紫外分光检测支路相对的两侧分别设有紫外分光光源和紫外分光检测器,所述紫外分光检测器与所述紫外可见分光光度计相连接,所述紫外可见分光光度计与所述控制模块通信连接。
9.根据权利要求5所述的全钒液流电池实时检测补偿系统,其特征在于,所述电导率检测模块包括电导仪和分别设于所述正、负极储罐出口管道上的两个电导率传感器,两个所述电导率传感器均与所述电导仪相连接,所述电导仪与所述控制模块通信连接。
10.根据权利要求5所述的全钒液流电池实时检测补偿系统,其特征在于,所述液位检测模块包括两个分别设于所述正、负极储罐外侧的液位检测管道和分别设于两个所述液位检测管道上的液位传感器,两个所述液位检测管道分别与所述正、负极储罐并联,两个所述液位传感器均与所述控制模块通信连接。
CN202311423871.XA 2023-10-30 2023-10-30 全钒液流电池实时检测补偿方法及系统 Pending CN117476974A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311423871.XA CN117476974A (zh) 2023-10-30 2023-10-30 全钒液流电池实时检测补偿方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311423871.XA CN117476974A (zh) 2023-10-30 2023-10-30 全钒液流电池实时检测补偿方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117476974A true CN117476974A (zh) 2024-01-30

Family

ID=89623306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311423871.XA Pending CN117476974A (zh) 2023-10-30 2023-10-30 全钒液流电池实时检测补偿方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117476974A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118329817A (zh) * 2024-06-14 2024-07-12 北京普能世纪科技有限公司 测定全钒液流电池的负极电解液钒离子浓度的方法和系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118329817A (zh) * 2024-06-14 2024-07-12 北京普能世纪科技有限公司 测定全钒液流电池的负极电解液钒离子浓度的方法和系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN117476974A (zh) 全钒液流电池实时检测补偿方法及系统
US20190267648A1 (en) Determining the state of charge of an all-vanadium redox flow battery using uv/vis measurement
KR101367618B1 (ko) 바나듐산화물을 이용한 바나듐 레독스 흐름전지용 전해액 제조방법
US10153502B2 (en) Electrochemical systems incorporating in situ spectroscopic determination of state of charge and methods directed to the same
CN110857911B (zh) 便携式全钒液流电池电解液平衡度的测试方法
WO2008100862A1 (en) Apparatus and methods of determination of state of charge in a redox flow battery
KR20160071432A (ko) 입구/출구 전위를 사용하여 과도적 충전 상태를 측정하기 위한 방법 및 장치
CN108666600B (zh) 一种基于热化学测量的全钒液流电池soc检测方法
KR102587671B1 (ko) 바나듐 레독스 흐름전지의 충반전 모니터링 장치 및 실시간 측정방법
Liu et al. Rapid detection of the positive side reactions in vanadium flow batteries
CN109546183B (zh) 一种全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统及其方法
CN117192392A (zh) 一种全钒液流储能系统荷电状态监测方法及装置
CN102288726A (zh) 一种钒电池电解液酸度pH滴定定量测定方法及其应用
Vlasov et al. In situ state of health vanadium redox flow battery deterministic method in cycling operation for battery capacity monitoring
CN104865226B (zh) 一种全钒液流电池正极副反应的快速检测方法和装置
JP3022571B2 (ja) レドックスフロー電池およびレドックスフロー電池の充放電深度を測定する方法
CN109659587B (zh) 液流电池容量衰减控制系统及方法
JP4843223B2 (ja) 燃料電池の検査方法
CN115133083B (zh) 铁铬液流电池系统平衡度的测试方法
Chen et al. Study of the cross-transportation of V (II)/V (III) in vanadium flow batteries based on online monitoring of nonlinear absorption spectra
CN110045058A (zh) 电解液中氟化氢含量测试方法
CN115064740A (zh) 一种用于全钒液流储能系统实时监控可充放电量的方法
CN115133081A (zh) 全钒液流电池中正极充电状态及钒离子总浓度的测试方法
CN107204474B (zh) 一种在线测定溶液中离子淌度的方法
CN117239186B (zh) 一种用于全钒液流电池系统soh在线评估装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination