CN203466259U - 一种全钒液流电池系统 - Google Patents

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张华民
李先锋
赖勤志
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Abstract

本实用新型涉及一种全钒液流电池系统，包括全钒液流电池电堆（1）和恒温水浴（8），正极电解液储罐（2）外壁上设有夹套，夹套上设有加热液体的进口和出口，加热液体的进口和出口分别通过正极恒温循环水管路（9）与恒温水浴（8）相连；负极电解液储罐（3）外壁上设有夹套，夹套上设有加热液体的进口和出口，加热液体的进口和出口分别通过负极恒温循环水管路（10）与恒温水浴（8）相连；所述的全钒液流电池系统具有较高的低温启动能力。可以保持电池系统中电解液温度始终大于15℃，以确保全钒液流电池持续、高效运转。

Description

一种全钒液流电池系统
技术领域
本实用新型涉及一种全钒液流电池系统，更具体而言是涉及一种带有低温启动装置的全钒液流电池储罐在全钒液流电池系统中的应用。
背景技术
当今社会，随着人类经济的快速发展，能源短缺和环境污染的现状日趋严峻。为实现可持续发展，必须大力发展太阳能和风能等可再生能源。而这些可再生能源发电受地域、气象等条件的影响具有明显的不连续、不稳定性。为了平滑和稳定可再生能源发电输出及解决发电与用电的时差矛盾，提高电力品质和电网可靠性，必须发展高效储能技术。液流电池由于具有系统容量和功率相互独立可调、响应迅速，安全可靠，循环寿命长，操作维护简单，环境友好等突出优势而成为可再生能源发电，电网削峰填谷，应急及备用电站等规模化储能中最有发展前景的技术之一。
在诸多液流电池中，全钒液流电池得到了更多的关注，由于其以不同价态的钒离子形式存在于硫酸溶液中，避免了因正负极互穿带来的交叉污染的问题，通过外接泵将钒离子硫酸溶液压入电池中，并且在每个半电池内形成循环的闭合回路。正、负半电池之间通过离子交换膜隔开，钒离子硫酸溶液平行流过电极，通过双电极板收集和传导电流，进而使储存在钒离子硫酸溶液中的化学能转化为电能。
在应用过程中，全钒液流电池系统大多建于室外，在我国北方地区就在所难免的会遇到较为寒冷的天气。在全钒液流电池运行开始初期，由于泵运转时机械能做功产生的热量不足以使电解液温度升高到适宜的温度，当整个系统中电解液温度在10℃以下时，电解液粘度增大，电解液流动阻力随之增大，浓差极化显著；同样，电极反应速度与温度城正比关系，温度降低电子运动速度慢，温度降低增大了电子运动和电极反应之间的差距，进而使电极反应速度变慢，电极极化增大。这些都严重影响到电池的持续、高效的运行，降低电池能量效率。进一步，当整个系统中电解液温度在0℃以下时，除了上述对全钒液流电池产生的影响之外，负极电解液中低价态钒离子很容易结为晶体从溶液中析出，进而严重影响电池正常运行，甚至可以中断电池系统的运行。因此，解决全钒液流电池在低温环境中运行困难的问题已是迫在眉睫。
目前，在全钒液流电池系统中，为了控制全钒液流电池电解液温度，人们大多数在管路中引入换热器，通过恒温循环水来保持、控制电池系统中电解液的温度。这种方法往往是在电解液温度过高时才会发挥其换热的作用，进而使电解液温度降到合适的范围内。而这种方法则不能解决由于全钒液流电池初始运行温度较低而带来的低温启动困难甚至是无法低温启动的难题；也有人通过搭建厂房，使整个电池系统放置的特定厂房内，通过对厂房温度的控制来间接达到对电池系统的温度控制。这个方法虽然直接、有效。但是，这样必将耗费巨大的人力、财力，额外的增加电池的成本，所以经济效益上考虑这也不太适合具体的应用。
针对此问题，发明人进行了大量的研究工作，最终确定一简单、有效的方法，从而解决这一问题。
实用新型内容
本实用新型目的在于通过提供一种带有低温启动装置的全钒液流电池储罐，进而保持全钒液流电池系统中电解液温度始终大于15℃，以确保全钒液流电池持续、高效运转。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种全钒液流电池系统，包括全钒液流电池电堆和恒温水浴，
正极电解液储罐外壁上设有夹套，夹套上设有加热液体的进口和出口，加热液体的进口和出口分别通过正极恒温循环水管路与恒温水浴相连；
负极电解液储罐外壁上设有夹套，夹套上设有加热液体的进口和出口，加热液体的进口和出口分别通过负极恒温循环水管路与恒温水浴相连。
所述正极电解液储罐和负极电解液储罐外壁上的夹套为水浴夹套、或油浴夹套、或缠绕于正极电解液储罐和负极电解液储罐外壁上加热盘管。
全钒液流电池电堆的正极入口和出口分别通过正极管路与正极电解液储罐相连，于正极管路上设有正极电解液循环泵；
全钒液流电池电堆的负极入口和出口分别通过负极管路与负极电解液储罐相连，于负极管路上设有负极电解液循环泵。
通过全钒液流电池系统中带有夹套的正负极电解液储罐的引入，当全钒液流电池系统的电解液温度低于15℃时，启动恒温水浴，恒温水通过正极恒温循环水管路流入正极储液罐夹套中；恒温水通过负极恒温循环水管路流入负极储液罐夹套中；通过正负极储液罐夹套中带有一定温度的水，来迅速的给正负极储液罐内的正负极电解液加热至15℃以上。使全钒液流电池系统实现低温启动，进而保持全钒液流电池系统的电解液温度始终大于15℃，以确保全钒液流电池持续、高效运转。
本实用新型所述的“低温启动装置”中介质可以是恒温水，也可以是恒温油。
本实用新型所述的“低温启动装置”中恒温介质温度应大于15℃。
本实用新型的有益结果：
（1）本实用新型所述的全钒液流电池具有较高的低温启动能力。
（2）本实用新型所述的全钒液流电池电解液储罐安装简单，维护容易。
（3）本实用新型所述的全钒液流电池系统温度控制更精确，且针对性强，更有助于其持续、高效运行。
（4）本实用新型所述的全钒液流电池不需要额外的搭建控温厂房，大大的降低了液流电池的成本。
附图说明
图1带有低温启动功能的全钒液流电池系统。
图2传统的全钒液流电池系统；包括1-电堆，2-正极电解液储罐，5-正极电解液循环泵，6-正极管路，3-负极电解液储罐，4-负极电解液循环泵，7-负极管路等部件。
图3不同温度下全钒液流电池能量效率效果图；全钒液流电池系统的电解液在不同的温度时，其能量效率差别较大，从图3中示出，当全钒液流电池系统的电解液温度低于15℃时，电池能量效率出现明显下降趋势。
具体实施方式
下面的实施例是对本实用新型的进一步说明，而不是限制本实用新型的范围。
如图1所示，图1示出一种新型全钒液流电池系统，其主要包括1电堆，2带有夹套的正极电解液储罐，5正极电解液循环泵，6正极管路，3带有夹套的负极电解液储罐，4负极电解液循环泵，7负极管路，8恒温水浴，9正极恒温循环水管路，10负极恒温循环水管路等部件。一种全钒液流电池系统，包括全钒液流电池电堆和恒温水浴，正极电解液储罐外壁上设有夹套，夹套上设有加热液体的进口和出口，加热液体的进口和出口别通过正极恒温循环水管路与恒温水浴相连；负极电解液储罐外壁上设有夹套，夹套上设有加热液体的进口和出口，加热液体的进口和出口别通过正极恒温循环水管路与恒温水浴相连。
所述正极电解液储罐和负极电解液储罐外壁上的夹套为水浴夹套；
全钒液流电池电堆的正极入口和出口分别通过正极管路与正极电解液储罐相连，于正极管路上设有正极电解液循环泵；
全钒液流电池电堆的负极入口和出口分别通过负极管路与负极电解液储罐相连，于负极管路上设有负极电解液循环泵。
通过全钒液流电池系统中带有夹套的正负极电极液储罐的引入，当全钒液流电池系统的电解液温度低于15℃时，启动恒温水浴，恒温水通过正极恒温循环水管路流入正极储液罐夹套中；恒温水通过负极恒温循环水管路流入负极储液罐夹套中；通过正负极储液罐夹套中带有一定温度的水，来迅速的给正负极储液罐内的正负极电解液加热至15℃以上。使全钒液流电池系统实现低温启动，进而保持全钒液流电池系统的电解液温度始终大于15℃，以确保全钒液流电池持续、高效运转。
下面实施例中所选用全钒氧化还原液流电池具体说明如下：
1.该电池由10节单电池组成；
2.该电池电极面积为875cm2；
3.钒电解质溶液浓度为1.5mol/L；
4.电池恒流充放电的电流密度为80mA/cm2；
5.单节电池充放电截止电池分别为1.55V和1.0V；
6.正、负极电解液储液罐内各装入20L钒电解质硫酸溶液。
实施例1
在室温为10℃的环境下，全钒液流电池系统中采用带有低温启动装置的全钒液流电池储罐，恒温介质选择为恒温水，恒温水温度为15℃。运行全钒液流电池，同时开启恒温水浴，使全钒液流电池正负极电解液温度均达到15℃。进行电池性能测试，5个循环后记录平均能量效率。
实施例2
在室温为0℃的环境下，全钒液流电池系统中采用带有低温启动装置的全钒液流电池储罐，恒温介质选择为恒温水，恒温水温度为15℃。运行全钒液流电池，同时开启恒温水浴，使全钒液流电池正负极电解液温度均达到15℃。进行电池性能测试，5个循环后记录平均能量效率。
实施例3
在室温为-10℃的环境下，全钒液流电池系统中采用带有低温启动装置的全钒液流电池储罐，恒温介质选择为恒温水，恒温水温度为15℃。运行全钒液流电池，同时开启恒温水浴，使全钒液流电池正负极电解液温度均达到15℃。进行电池性能测试，5个循环后记录平均能量效率。
对比例1
在室温为10℃的环境下，采用全钒液流电池系统中。运行全钒液流电池，进行电池性能测试，5个循环后记录平均能量效率。
对比例2
在室温为0℃的环境下，采用全钒液流电池系统中。运行全钒液流电池，进行电池性能测试，5个循环后记录平均能量效率。
对比例3
在室温为-10℃的环境下，采用全钒液流电池系统中。运行全钒液流电池，进行电池性能测试，5个循环后记录平均能量效率。
测试：
采用Arbin BT-2000电池充放电仪器（美国Arbin公司制造）测试电池性能；测试结果如表1所示。
表1
记录 实施例1 对比例1 实施例2 对比例2 实施例3 对比例3
能量效率/% 82.4 80.7 82.3 75.6 82.3 63.2
由表1可以看出，通过使用本实用新型的全钒液流电池在经过室温低于15℃时，表现出了较好的性能，在全钒液流电池持续、高效运行中发挥了重要的作用。显然，采用传统的全钒液流电池系统在室温低于15℃时，电池的效率有着明显的下降，尤其是当室温为0℃时，能量效率下降19.1%。

Claims (3)

1.一种全钒液流电池系统，其特征在于：包括全钒液流电池电堆（1）和恒温水浴（8），
正极电解液储罐（2）外壁上设有夹套，夹套上设有加热液体的进口和出口，加热液体的进口和出口分别通过正极恒温循环水管路（9）与恒温水浴（8）相连；
负极电解液储罐（3）外壁上设有夹套，夹套上设有加热液体的进口和出口，加热液体的进口和出口分别通过负极恒温循环水管路（10）与恒温水浴（8）相连。
2.如权利要求1所述系统，其特征在于：
所述正极电解液储罐（2）和负极电解液储罐（3）外壁上的夹套为水浴夹套、油浴夹套、缠绕于正极电解液储罐（2）和负极电解液储罐（3）外壁上加热盘管。
3.如权利要求1或2所述系统，其特征在于：
全钒液流电池电堆（1）的正极入口和出口分别通过正极管路（6）与正极电解液储罐（2）相连，于正极管路（6）上设有正极电解液循环泵（5），
全钒液流电池电堆（1）的负极入口和出口分别通过负极管路（7）与负极电解液储罐（3）相连，于负极管路（7）上设有负极电解液循环泵（4）。
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