CN117613335A - 一种分离式液流电池储能系统及其充放电方法 - Google Patents
一种分离式液流电池储能系统及其充放电方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117613335A CN117613335A CN202311672499.6A CN202311672499A CN117613335A CN 117613335 A CN117613335 A CN 117613335A CN 202311672499 A CN202311672499 A CN 202311672499A CN 117613335 A CN117613335 A CN 117613335A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- negative electrode
- storage tank
- zinc
- 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
Links
- 238000007599 discharging Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000007600 charging Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 106
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 51
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 15
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- -1 halogen ions Chemical class 0.000 claims description 9
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- ZRXYMHTYEQQBLN-UHFFFAOYSA-N [Br].[Zn] Chemical compound [Br].[Zn] ZRXYMHTYEQQBLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VNDYJBBGRKZCSX-UHFFFAOYSA-L zinc bromide Chemical group Br[Zn]Br VNDYJBBGRKZCSX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 7
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- UAYWVJHJZHQCIE-UHFFFAOYSA-L zinc iodide Chemical compound I[Zn]I UAYWVJHJZHQCIE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 5
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 5
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 5
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 5
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 claims description 5
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical class [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 4
- 150000002496 iodine Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 4
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 4
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 claims description 4
- 229940102001 zinc bromide Drugs 0.000 claims description 4
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 3
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims description 3
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 3
- HWCKGOZZJDHMNC-UHFFFAOYSA-M tetraethylammonium bromide Chemical compound [Br-].CC[N+](CC)(CC)CC HWCKGOZZJDHMNC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- DDFYFBUWEBINLX-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium bromide Chemical compound [Br-].C[N+](C)(C)C DDFYFBUWEBINLX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- UNMYWSMUMWPJLR-UHFFFAOYSA-L Calcium iodide Chemical compound [Ca+2].[I-].[I-] UNMYWSMUMWPJLR-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 2
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SWLVFNYSXGMGBS-UHFFFAOYSA-N ammonium bromide Chemical compound [NH4+].[Br-] SWLVFNYSXGMGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001640 calcium iodide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229940046413 calcium iodide Drugs 0.000 claims description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- BLQJIBCZHWBKSL-UHFFFAOYSA-L magnesium iodide Chemical compound [Mg+2].[I-].[I-] BLQJIBCZHWBKSL-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910001641 magnesium iodide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 claims description 2
- JRMUNVKIHCOMHV-UHFFFAOYSA-M tetrabutylammonium bromide Chemical compound [Br-].CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC JRMUNVKIHCOMHV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- BGQMOFGZRJUORO-UHFFFAOYSA-M tetrapropylammonium bromide Chemical compound [Br-].CCC[N+](CCC)(CCC)CCC BGQMOFGZRJUORO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 abstract description 14
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 abstract description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 6
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010278 pulse charging Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
- H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
- H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0206—Metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
本发明提出了一种分离式液流电池储能系统及其充放电方法，属于液流电池的技术领域，用以解决锌基液流电池负极易产生锌枝晶的技术问题。包括电堆、正极储液罐、负极储液罐；电堆与负极储液罐通过负极循环管路连接，电堆与正极储液罐通过正极循环管路连接；其特征在于，所述正极储液罐与负极储液罐之间设有电解槽，电解槽中间设有电解槽隔膜，将电解槽分为阴极侧和阳极侧，所述阴极侧和阳极侧中分别设有和阴极集流体和阳极集流体，阳极侧通过阳极循环管路与正极储液罐连通，阴极侧通过阴极循环管路与负极储液罐连通；所述电堆的负极电极板为锌电极；所述负极循环管路、正极循环管路、阴极循环管路和阳极循环管路均设有循环泵。
Description
技术领域
本发明属于液流电池的技术领域，尤其涉及一种分离式液流电池储能系统及其充放电方法。
背景技术
锌基液流电池是一种很有潜力的大规模储能技术，其负极利用锌的氧化还原反应来存储和释放能量，该技术具成本低、能量密度高、安全性好、环境友好等优势。例如专利公开号CN107959038A公开了一种提高电解液利用率的液流电池脉冲式充放电系统，液流电池两侧的电堆端板上具有正极电解液进液口、负极电解液进液口、正极电解液出液口和负极电解液出液口，正极电解液进液口和正极电解液出液口均通过输液管路连接正极电解液储液罐，构成正极电解液的循环回路；负极电解液进液口和负极电解液出液口均通过输液管路连接负极电解液储液罐，构成负极电解液的循环回路；所述的输液管路上均设置有用于提供电解液输送动力的循环泵；正极电解液储液罐和负极电解液储液罐中均设有搅拌装置；液流电池的集流板外接充放电系统，
但负极锌的沉积往往会形成枝晶，长期运行会刺穿隔膜，造成自放电，性能下降，严重的会使电池失效。而且锌沉积在电极上，电极的面积有限，锌沉积量有限，造成电池存储能量不高，能量密度较小。这些问题都严重制约了锌基液流电池技术的发展和应用。
目前解决上述问题的办法大多是对电极、隔膜或电解液进行改性或改良，减少锌枝晶的形成，增加锌沉积量，从而提高能量密度。然而此方法无法从根本上解决问题，因为电极有限的空间依然很大程度上限制了锌的沉积量。
发明内容
针对液流电池负极易产生锌枝晶的技术问题，本发明提出一种分离式液流电池储能系统及其充放电方法，从根本上解决锌枝晶的问题，从而提高电池能量密度和循环寿命。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种分离式液流电池储能系统，包括电堆、正极储液罐、负极储液罐；电堆与负极储液罐通过负极循环管路连接，电堆与正极储液罐通过正极循环管路连接；所述负极储液罐与正极储液罐之间设有电解槽，电解槽中间设有电解槽隔膜，将电解槽分为阴极侧和阳极侧，所述阴极侧和阳极侧中分别设有和阴极集流体和阳极集流体，阳极侧通过阳极循环管路与正极储液罐连通，阴极侧通过阴极循环管路与负极储液罐连通；所述电堆的负极电极板为锌电极；所述负极循环管路、正极循环管路、阴极循环管路和阳极循环管路均设有循环泵。
所述电堆包括正极端板和负极端板，正极端板和负极端板之间设有正极电极板、电堆隔膜和负极电极板，所述负极电极板在电堆中可拆卸更换。
所述电堆的正极端板和负极端板中均设有进液口和出液口，分别对接正极循环管路和负极循环管路。
所述电解槽、电堆、正极储液罐和负极储液罐中的电解液相同。
所述电解液包括活性物质、导电剂、络合剂。其中所述活性物质为溴化锌或碘化锌，摩尔浓度为1-4mol/L；也可为锌盐和溴盐的混合，或锌盐与碘盐的混合，所述锌盐为氯化锌、硫酸锌、硝酸锌中的一种或几种，摩尔浓度为1-4mol/L，溴盐为溴化钾、溴化钠、溴化铵中的一种或几种，摩尔浓度为2-8mol/L，碘盐为碘化钾、碘化钠、碘化钙、碘化镁中的一种或几种，摩尔浓度为2-8mol/L，电解液中锌离子与卤素离子的摩尔比为1:2。
所述导电剂为氯化钾、氯化铵、氯化锌、硫酸钾、硫酸锌、硫酸铵中的一种或几种，摩尔浓度为1-5mol/L；所述络合剂为N-甲基-N-乙基吡咯烷溴化物(MEP)、N-甲基-N-丁基吡咯烷溴化物(MBP)、四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丙级溴化铵、四丁基溴化铵中的一种或几种，摩尔浓度为0.01-0.8mol/L。
所述电堆的正极电极板为碳毡、导电塑料、钛电极中的一种；所述阴极集流体和阳极集流体均为多孔碳棒。
所述电解槽隔膜与电堆隔膜均为微孔膜，微孔膜为聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚偏氟乙烯中的一种或几种。
一种分离式锌溴液流电池储能系统的充放电方法，
充电过程：将电解槽中的阳极集流体和阴极集流体分别与外接电源的正负极连接，打开阴极循环管路和阳极循环管路中的循环泵，关闭负极循环管路和正极循环管路中的循环泵。电解槽在阳极集流体上发生氧化反应，在阴极集流体上发生还原反应使锌进行沉积，反应后电解液被分别储存在正极储液罐和负极储液罐中。
放电过程：电解槽断开外接电源并将阴极循环管路和阳极循环管路中的循环泵关闭，打开负极循环管路和正极循环管路中的循环泵，电堆与负载连接，电堆的正极电极板发生还原反应，负极电极板发生锌的溶解。
所述放电过程中，所述电堆中锌电极被消耗完后将其取出进行替换。
本发明的有益效果：本系统将充电过程和放电过程物理分离，充电过程使用电解槽，能量存储在电解液中，锌沉积不受空间限制，无需考虑枝晶问题，能量存储多，能量密度大。放电时使用电堆，负极使用锌电极。电解槽沉积得到的锌单质，定期回收，制作成锌电极，供电堆替换使用。以此技术开发的单电池，其能量密度可以超过150Wh/L，循环寿命超过10000次。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明液流电池储能系统的装置示意图。
图中，1、电堆；11、正极端板；12、负极端板；13、正极电极板；14、电堆隔膜；15、负极电极板；2、正极储液罐；3、负极储液罐；4、负极循环管路；5、正极循环管路；6、电解槽；61、阴极集流体；62、阳极集流体；63、阳极循环管路；64、阴极循环管路；65、电解槽隔膜；7、外接电源；8、负载；9、循环泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种分离式液流电池储能系统，如图1所示，包括电堆1、正极储液罐2、负极储液罐3；电堆1与负极储液罐3通过负极循环管路4连接，电堆1与正极储液罐2通过正极循环管路5连接；所述负极储液罐3与正极储液罐2之间设有电解槽6，电解槽6中间设有电解槽隔膜65，将电解槽6分为阴极侧和阳极侧，所述阴极侧和阳极侧中分别设有和阴极集流体61和阳极集流体62，阳极侧通过阳极循环管路63与正极储液罐2连通，阴极侧通过阴极循环管路64与负极储液罐3连通；所述电堆1的负极电极板15为锌电极；所述负极循环管路4、正极循环管路5、阴极循环管路64和阳极循环管路63均设有循环泵9。
所述电堆1为单电池，包括正极端板11和负极端板12，正极端板11和负极端板12之间设有正极电极板13、电堆隔膜14和负极电极板15，所述负极电极板15在电堆1中可拆卸更换。
所述电堆1的正极端板11和负极端板12中均设有进液口和出液口，分别对接正极循环管路5和负极循环管路4。
所述电解槽6、电堆1、正极储液罐2和负极储液罐3中的电解液相同。
具体的，所述电解液按照以下配方制备：2mol/L溴化锌，3mol/L氯化钾，0.05mol/LMEP。电堆1的正极电极板13为碳毡；阴极集流体61和阳极集流体62为多孔碳棒；电解槽隔膜65与电堆隔膜14均为聚丙烯隔膜。
上述分离式锌溴液流电池储能系统的充放电方法，
充电过程：将电解槽6中的阳极集流体62和阴极集流体61分别与外接电源7的正负极连接，打开阴极循环管路64和阳极循环管路63中的循环泵9，关闭负极循环管路4和正极循环管路5中的循环泵9。电解槽6在阳极集流体62上发生氧化反应，在阴极集流体61上发生还原反应使锌进行沉积，反应后电解液被分别储存在正极储液罐2和负极储液罐3中。
放电过程：电解槽6断开外接电源7并将阴极循环管路64和阳极循环管路63中的循环泵9关闭，打开负极循环管路4和正极循环管路5中的循环泵9，电堆1与负载8连接，电堆1的正极电极板13发生还原反应，负极电极板15发生锌的溶解。
将本实施例的电解液用于该方案液流电池中测试性能，试验条件为：充放电电流密度80mA/cm2，面容量5mAh/cm2，放电截止电压0.8V。电解液在电池经过多次正常充放电循环后，电池平均库伦效率为97.5％，电池平均能量效率为73.3％，循环圈数＞10000圈，能量密度最高可达157Wh/L。
实施例2
一种分离式液流电池储能系统，如图1所示，包括电堆1、正极储液罐2、负极储液罐3；电堆1与负极储液罐3通过负极循环管路4连接，电堆1与正极储液罐2通过正极循环管路5连接；所述负极储液罐3与正极储液罐2之间设有电解槽6，电解槽6中间设有电解槽隔膜65，将电解槽6分为阴极侧和阳极侧，所述阴极侧和阳极侧中分别设有和阴极集流体61和阳极集流体62，阳极侧通过阳极循环管路63与正极储液罐2连通，阴极侧通过阴极循环管路64与负极储液罐3连通；所述电堆1的负极电极板15为锌电极；所述负极循环管路4、正极循环管路5、阴极循环管路64和阳极循环管路63均设有循环泵9。
所述电堆1为单电池，包括正极端板11和负极端板12，正极端板11和负极端板12之间设有正极电极板13、电堆隔膜14和负极电极板15，所述负极电极板15在电堆1中可拆卸更换。
所述电堆1的正极端板11和负极端板12中均设有进液口和出液口，分别对接正极循环管路5和负极循环管路4。
所述电解槽6、电堆1、正极储液罐2和负极储液罐3中的电解液相同。
具体的，所述电解液按照以下配方制备：2mol/L碘化锌，4mol/L氯化铵，0.2mol/LMBP。电堆1的正极电极板13为碳毡；阴极集流体61和阳极集流体62为多孔碳棒；电解槽隔膜65与电堆隔膜14均为聚丙烯隔膜。
上述分离式锌溴液流电池储能系统的充放电方法，
充电过程：将电解槽6中的阳极集流体62和阴极集流体61分别与外接电源7的正负极连接，打开阴极循环管路64和阳极循环管路63中的循环泵9，关闭负极循环管路4和正极循环管路5中的循环泵9。电解槽6在阳极集流体62上发生氧化反应，在阴极集流体61上发生还原反应使锌进行沉积，反应后电解液被分别储存在正极储液罐2和负极储液罐3中。
放电过程：电解槽6断开外接电源7并将阴极循环管路64和阳极循环管路63中的循环泵9关闭，打开负极循环管路4和正极循环管路5中的循环泵9，电堆1与负载8连接，电堆1的正极电极板13发生还原反应，负极电极板15发生锌的溶解。
将本实施例的电解液用于该方案液流电池中测试性能，试验条件为：充放电电流密度80mA/cm2，面容量5mAh/cm2，放电截止电压0.8V。电解液在电池经过多次正常充放电循环后，电池平均库伦效率为95.5％，电池平均能量效率为72.8％，循环圈数＞10000圈，能量密度最高可达151Wh/L。
实施例3
一种分离式液流电池储能系统，如图1所示，包括电堆1、正极储液罐2、负极储液罐3；电堆1与负极储液罐3通过负极循环管路4连接，电堆1与正极储液罐2通过正极循环管路5连接；所述负极储液罐3与正极储液罐2之间设有电解槽6，电解槽6中间设有电解槽隔膜65，将电解槽6分为阴极侧和阳极侧，所述阴极侧和阳极侧中分别设有和阴极集流体61和阳极集流体62，阳极侧通过阳极循环管路63与正极储液罐2连通，阴极侧通过阴极循环管路64与负极储液罐3连通；所述电堆1的负极电极板15为锌电极；所述负极循环管路4、正极循环管路5、阴极循环管路64和阳极循环管路63均设有循环泵9。
所述电堆1为单电池，包括正极端板11和负极端板12，正极端板11和负极端板12之间设有正极电极板13、电堆隔膜14和负极电极板15，所述负极电极板15在电堆1中可拆卸更换。
所述电堆1的正极端板11和负极端板12中均设有进液口和出液口，分别对接正极循环管路5和负极循环管路4。
所述电解槽6、电堆1、正极储液罐2和负极储液罐3中的电解液相同。
具体的，所述电解液按照以下配方制备：1mol/L氯化锌，1mol/L溴化钾，5mol/L硫酸钾，0.4mol/L四甲基溴化铵。电堆1的正极电极板13为钛电极；阴极集流体61和阳极集流体62为多孔碳棒；电解槽隔膜65与电堆隔膜14均为聚醚砜隔膜。
上述分离式锌溴液流电池储能系统的充放电方法，
充电过程：将电解槽6中的阳极集流体62和阴极集流体61分别与外接电源7的正负极连接，打开阴极循环管路64和阳极循环管路63中的循环泵9，关闭负极循环管路4和正极循环管路5中的循环泵9。电解槽6在阳极集流体62上发生氧化反应，在阴极集流体61上发生还原反应使锌进行沉积，反应后电解液被分别储存在正极储液罐2和负极储液罐3中。
放电过程：电解槽6断开外接电源7并将阴极循环管路64和阳极循环管路63中的循环泵9关闭，打开负极循环管路4和正极循环管路5中的循环泵9，电堆1与负载8连接，电堆1的正极电极板13发生还原反应，负极电极板15发生锌的溶解。
将本实施例的电解液用于该方案液流电池中测试性能，试验条件为：充放电电流密度80mA/cm2，面容量5mAh/cm2，放电截止电压0.8V。电解液在电池经过多次正常充放电循环后，电池平均库伦效率为96.9％，电池平均能量效率为72.4％，循环圈数＞10000圈，能量密度最高可达154Wh/L。
实施例4
一种分离式液流电池储能系统，如图1所示，包括电堆1、正极储液罐2、负极储液罐3；电堆1与负极储液罐3通过负极循环管路4连接，电堆1与正极储液罐2通过正极循环管路5连接；所述负极储液罐3与正极储液罐2之间设有电解槽6，电解槽6中间设有电解槽隔膜65，将电解槽6分为阴极侧和阳极侧，所述阴极侧和阳极侧中分别设有和阴极集流体61和阳极集流体62，阳极侧通过阳极循环管路63与正极储液罐2连通，阴极侧通过阴极循环管路64与负极储液罐3连通；所述电堆1的负极电极板15为锌电极；所述负极循环管路4、正极循环管路5、阴极循环管路64和阳极循环管路63均设有循环泵9。
所述电堆1为单电池，包括正极端板11和负极端板12，正极端板11和负极端板12之间设有正极电极板13、电堆隔膜14和负极电极板15，所述负极电极板15在电堆1中可拆卸更换。
所述电堆1的正极端板11和负极端板12中均设有进液口和出液口，分别对接正极循环管路5和负极循环管路4。
所述电解槽6、电堆1、正极储液罐2和负极储液罐3中的电解液相同。
具体的，所述电解液按照以下配方制备：2mol/L硫酸锌，1mol/L溴化钠，2mol/L硫酸钾，0.8mol/L四乙基溴化铵。电堆1的正极电极板13为碳毡；阴极集流体61和阳极集流体62为多孔碳棒；电解槽隔膜65与电堆隔膜14均为聚偏氟乙烯隔膜。
上述分离式锌溴液流电池储能系统的充放电方法，
充电过程：将电解槽6中的阳极集流体62和阴极集流体61分别与外接电源7的正负极连接，打开阴极循环管路64和阳极循环管路63中的循环泵9，关闭负极循环管路4和正极循环管路5中的循环泵9。电解槽6在阳极集流体62上发生氧化反应，在阴极集流体61上发生还原反应使锌进行沉积，反应后电解液被分别储存在正极储液罐2和负极储液罐3中。
放电过程：电解槽6断开外接电源7并将阴极循环管路64和阳极循环管路63中的循环泵9关闭，打开负极循环管路4和正极循环管路5中的循环泵9，电堆1与负载8连接，电堆1的正极电极板13发生还原反应，负极电极板15发生锌的溶解。
将本实施例的电解液用于该方案液流电池中测试性能，试验条件为：充放电电流密度80mA/cm2，面容量5mAh/cm2，放电截止电压0.8V。电解液在电池经过多次正常充放电循环后，电池平均库伦效率为96.6％，电池平均能量效率为70.9％，循环圈数＞10000圈，能量密度最高可达152Wh/L。
实施例5
一种分离式液流电池储能系统，如图1所示，包括电堆1、正极储液罐2、负极储液罐3；电堆1与负极储液罐3通过负极循环管路4连接，电堆1与正极储液罐2通过正极循环管路5连接；所述负极储液罐3与正极储液罐2之间设有电解槽6，电解槽6中间设有电解槽隔膜65，将电解槽6分为阴极侧和阳极侧，所述阴极侧和阳极侧中分别设有和阴极集流体61和阳极集流体62，阳极侧通过阳极循环管路63与正极储液罐2连通，阴极侧通过阴极循环管路64与负极储液罐3连通；所述电堆1的负极电极板15为锌电极；所述负极循环管路4、正极循环管路5、阴极循环管路64和阳极循环管路63均设有循环泵9。
所述电堆1为单电池，包括正极端板11和负极端板12，正极端板11和负极端板12之间设有正极电极板13、电堆隔膜14和负极电极板15，所述负极电极板15在电堆1中可拆卸更换。
所述电堆1的正极端板11和负极端板12中均设有进液口和出液口，分别对接正极循环管路5和负极循环管路4。
所述电解槽6、电堆1、正极储液罐2和负极储液罐3中的电解液相同。
具体的，所述电解液按照以下配方制备：3mol/L溴化锌，2mol/L氯化钾，2mol/L硫酸铵，0.1mol/LMEP。电堆1的正极电极板13为碳毡；阴极集流体61和阳极集流体62为多孔碳棒；电解槽隔膜65与电堆隔膜14均为聚丙烯隔膜。
上述分离式锌溴液流电池储能系统的充放电方法，
充电过程：将电解槽6中的阳极集流体62和阴极集流体61分别与外接电源7的正负极连接，打开阴极循环管路64和阳极循环管路63中的循环泵9，关闭负极循环管路4和正极循环管路5中的循环泵9。电解槽6在阳极集流体62上发生氧化反应，在阴极集流体61上发生还原反应使锌进行沉积，反应后电解液被分别储存在正极储液罐2和负极储液罐3中。
放电过程：电解槽6断开外接电源7并将阴极循环管路64和阳极循环管路63中的循环泵9关闭，打开负极循环管路4和正极循环管路5中的循环泵9，电堆1与负载8连接，电堆1的正极电极板13发生还原反应，负极电极板15发生锌的溶解。
将本实施例的电解液用于该方案液流电池中测试性能，试验条件为：充放电电流密度80mA/cm2，面容量5mAh/cm2，放电截止电压0.8V。电解液在电池经过多次正常充放电循环后，电池平均库伦效率为98.1％，电池平均能量效率为72.8％，循环圈数＞10000圈，能量密度最高可达155Wh/L。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种分离式液流电池储能系统，包括电堆(1)、正极储液罐(2)、负极储液罐(3)；电堆(1)与负极储液罐(3)通过负极循环管路(4)连接，电堆(1)与正极储液罐(2)通过正极循环管路(5)连接；其特征在于，所述负极储液罐(3)与正极储液罐(2)之间设有电解槽(6)，电解槽(6)中间设有电解槽隔膜(65)，将电解槽(6)分为阴极侧和阳极侧，所述阴极侧和阳极侧中分别设有和阴极集流体(61)和阳极集流体(62)，阳极侧通过阳极循环管路(63)与正极储液罐(2)连通，阴极侧通过阴极循环管路(64)与负极储液罐(3)连通；所述电堆(1)的负极电极板(15)为锌电极；所述负极循环管路(4)、正极循环管路(5)、阴极循环管路(64)和阳极循环管路(63)中均设有循环泵(9)。
2.根据权利要求1所述的分离式液流电池储能系统，其特征在于，所述电堆(1)包括正极端板(11)和负极端板(12)，正极端板(11)和负极端板(12)之间设有正极电极板(13)、电堆隔膜(14)和负极电极板(15)，所述负极电极板(15)在电堆(1)中可拆卸更换。
3.根据权利要求2所述的分离式液流电池储能系统，其特征在于，所述电堆(1)的正极端板(11)和负极端板(12)中均设有进液口和出液口，分别对接正极循环管路(5)和负极循环管路(4)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的分离式液流电池储能系统，其特征在于，所述电解槽(6)、电堆(1)、正极储液罐(2)和负极储液罐(3)中的电解液相同。
5.根据权利要求4所述的分离式液流电池储能系统，其特征在于，所述电解液包括活性物质、导电剂和络合剂；所述活性物质为溴化锌或碘化锌，或锌盐和溴盐或碘盐的混合；所述锌盐为氯化锌、硫酸锌或硝酸锌中的一种或两种以上，溴盐为溴化钾、溴化钠、溴化铵中的一种或两种以上，碘盐为碘化钾、碘化钠、碘化钙、碘化镁中的一种或两种以上；电解液中锌离子与卤素离子的摩尔比为1:2。
6.根据权利要求5所述的分离式液流电池储能系统，其特征在于，所述导电剂为氯化钾、氯化铵、氯化锌、硫酸钾、硫酸锌、硫酸铵中的一种或几种，摩尔浓度为1-5mol/L；所述络合剂为N-甲基-N-乙基吡咯烷溴化物、N-甲基-N-丁基吡咯烷溴化物、四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丙级溴化铵、四丁基溴化铵中的一种或几种，摩尔浓度为0.01-0.8mol/L。
7.根据权利要求1所述的分离式液流电池储能系统，其特征在于，所述电堆(1)的正极电极板(13)为碳毡、导电塑料、钛电极中的一种；所述阴极集流体(61)和阳极集流体(62)均为多孔碳棒。
8.根据权利要求1所述的分离式液流电池储能系统，其特征在于，所述电解槽隔膜(65)与电堆隔膜(14)均为微孔膜，微孔膜为聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚偏氟乙烯中的一种或几种。
9.权利要求1-8任一项所述分离式锌溴液流电池储能系统的充放电方法，其特征在于，
充电过程：将电解槽(6)中的阳极集流体(62)和阴极集流体(61)分别与外接电源(7)的正负极连接，打开阴极循环管路(64)和阳极循环管路(63)中的循环泵(9)，关闭负极循环管路(4)和正极循环管路(5)中的循环泵(9)，电解槽(6)在阳极集流体(62)上发生氧化反应，在阴极集流体(61)上发生还原反应使锌进行沉积，反应后电解液分别储存在正极储液罐(2)和负极储液罐(3)中。
放电过程：电解槽(6)断开外接电源(7)并将阴极循环管路(64)和阳极循环管路(63)中的循环泵(9)关闭，打开负极循环管路(4)和正极循环管路(5)中的循环泵(9)，电堆(1)与负载(8)连接，电堆(1)在正极电极板(13)发生还原反应，负极电极板(15)发生锌的溶解。
10.权利要求9所述分离式锌溴液流电池储能系统的充放电方法，其特征在于，所述放电过程中，所述电堆(1)中锌电极被消耗完后将其取出进行替换。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311672499.6A CN117613335A (zh) | 2023-12-07 | 2023-12-07 | 一种分离式液流电池储能系统及其充放电方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311672499.6A CN117613335A (zh) | 2023-12-07 | 2023-12-07 | 一种分离式液流电池储能系统及其充放电方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117613335A true CN117613335A (zh) | 2024-02-27 |
Family
ID=89946141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311672499.6A Pending CN117613335A (zh) | 2023-12-07 | 2023-12-07 | 一种分离式液流电池储能系统及其充放电方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117613335A (zh) |
-
2023
- 2023-12-07 CN CN202311672499.6A patent/CN117613335A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103137986B (zh) | 一种锌溴单液流电池 | |
| CN112490515B (zh) | 一种中性锌锰二次电池及电解液 | |
| CN102479968B (zh) | 一种锌/多卤化物储能电池 | |
| CN109509901B (zh) | 一种碱性锌铁液流电池 | |
| WO2018103518A1 (zh) | 一种中性锌铁液流电池 | |
| CN106549179B (zh) | 一种有机体系锂醌液流电池 | |
| CN113764714A (zh) | 一种水系液流电池的电解液、全铁水系液流电池及应用 | |
| CN109755604A (zh) | 一种中性锌碘液流电池 | |
| CN105810986B (zh) | 锌铁基离子液体液流电池 | |
| CN201514973U (zh) | 一种液流电池 | |
| JP7035181B2 (ja) | 亜鉛－ヨウ化物フロー電池 | |
| CN114614038A (zh) | 一种锌溴液流电池电解液及其在锌溴液流电池中的应用 | |
| CN104300169B (zh) | 一种碱性锌钒液流电池 | |
| CN110224157B (zh) | 非循环流动的液流电池 | |
| CN112952172A (zh) | 一种碱性铁镍液流电池 | |
| WO2016078492A1 (zh) | 一种醌多卤化物液流电池 | |
| JP2014170715A (ja) | 電池 | |
| CN114156514B (zh) | 一种液流电池电解液及其应用 | |
| CN117613335A (zh) | 一种分离式液流电池储能系统及其充放电方法 | |
| KR20210147005A (ko) | 고전압 및 확장가능한 에너지 저장을 위한 전해 배터리 | |
| CN109755620B (zh) | 一种锌碘液流电池 | |
| CN110071317A (zh) | 一种锡溴液流电池 | |
| CN113036193B (zh) | 一种液态金属锌基电池 | |
| WO2023103312A1 (zh) | 一种胺溴双电子液流电池电解液及其应用和液流电池 | |
| CN114551935B (zh) | 一种锌溴单液流电池的性能恢复方法 |
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 |