CN204577514U - 一种全钒液流电池电解液的恒温控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全钒液流电池电解液的恒温控制装置，其包括电解液储存罐入口、电解液储存罐、电解液、电解液储存罐出口、温度传感器、连接管件、水泵、空气源热泵机组入口、空气源热泵机组、空气源热泵机组出口、通信控制线、控制器。其中，电解液放置在电解液储存罐里面，空气源热泵机组入口通过连接管件连接到电解液储存罐出口，空气源热泵机组出口通过连接管件连接到电解液储存罐入口。同时在空气源热泵机组入口和电解液储存罐出口之间的连接管件上安装有水泵。另外，在电解液储存罐出口处安装一个温度传感器。控制器通过通信控制线安装在温度传感器和空气源热泵机组之间。该装置可减小电解液温度升高对钒电池性能指标的负面影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种全钒液流电池电解液的恒温控制装置。
背景技术
全钒氧化还原液流电池(VRB)具有充放电可逆性高、循环寿命长、能量转换效率高、正负极电解液无交叉污染和容易规模化等优点。钒电池系统可以广泛用于太阳能和风能发电的储能设备、大型应急电源系统、电站储能和电力系统的削峰填谷，负载调平等方面。目前钒电池在国外已经获得了长足的发展，一些商业化示范工程也已经建立并稳定运行。
钒电池系统主要由隔膜、极板、电极、储液罐（储存正负极电解液）和循环泵等几部分构成。在钒电池中，正负极储液罐中为不同价态的钒离子溶液。其中正极为V4+/V5+电对，负极为V2+/V3+电对。工作时，正负极溶液通过泵导入电池中并在电极上发生氧化还原反应，电池正负极之间以离子交换膜隔开，充放电时电池内部通过电解液中的阳离子定向迁移而导通。
M.Skyllas-Kazacos等的研究表明，高浓度的钒正极电解液具有不稳定性，V5+在高温下（长时间超出40度）会有部分结晶析出，充满电荷的状态下长期储存在较高的温度时，V5+的晶体化合物从溶液中缓慢沉淀下来，附在碳毡上并堵塞泵的循环，降低钒电池的充放电效率，甚至导致电池无法正常工作，因此目前钒电池体系中所使用的钒离子的最佳浓度均小于2.0mol/L。
然而，目前该领域的研究大多是针对电解液本身的稳定性进行的研究，对于温度对钒电池的实际性能影响，目前并无报道。在钒电池中由于存在着正负极电极液的交叉渗透，反应过程中会涉及到热反应，温度的变化不仅会影响电解液本身的稳定性，更会对电极活性物质在电极上的电化学反应产生影响，从而最终影响到电池的性能。而且随温度升高，电池材料腐蚀及不可逆的破坏性副反应产生的速度加快，对电池的密封以及防腐等要求更严格，这些都会对钒电池的寿命产生影响。因此，急需一种能够合理控制钒电池电解液运行温度的装置，从而减小电解液温度升高对钒电池充放电电压、库仑效率、能量效率和自放电等电池性能指标的负面影响。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种全钒液流电池电解液的恒温控制装置，其能够控制钒电池电解液运行过程中的温度保持在理想范围内，从而减小电解液升温过高对钒电池充放电电压、库仑效率、能量效率和自放电等电池性能指标的负面影响。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种全钒液流电池电解液的恒温控制装置，其通过采用空气源热泵制热和制冷技术来控制电解液的温度，使其保持在合理范围内。
如上所述的恒温控制装置，其特征在于：主要包括电解液储存罐入口、电解液储存罐、电解液、电解液储存罐出口、温度传感器、连接管件、水泵、空气源热泵机组入口、空气源热泵机组、空气源热泵机组出口、通信控制线、控制器。其中，电解液放置在电解液储存罐里面，空气源热泵机组入口通过连接管件连接到电解液储存罐出口，空气源热泵机组出口通过连接管件连接到电解液储存罐入口，形成一个循环回路。同时在空气源热泵机组入口和电解液储存罐出口之间的连接管件上安装有水泵，从而带动电解液在空气源热泵机组和电解液储存罐之间循环。另外，在电解液储存罐出口处安装一个温度传感器，以便随时监测电解液温度。控制器通过通信控制线安装在温度传感器和空气源热泵机组之间，从而控制空气源热泵机组进行制冷降温或者制热升温，以此确保电解液温度保持在设定的合理范围内。
本实用新型通过采用上述原理和结构，能够确保电解液温度保持在设定的合理范围内，从而减小电解液温度升高对钒电池充放电电压、库仑效率、能量效率和自放电等电池性能指标的负面影响。
附图说明
附图是一种全钒液流电池电解液的恒温控制装置示意图。
1-电解液储存罐入口；2-电解液储存罐；3-电解液；4-电解液储存罐出口；5-温度传感器；6-连接管件；7-水泵；8-空气源热泵机组入口；9-空气源热泵机组；10-空气源热泵机组出口；11-通信控制线；12-控制器。
现结合说明书附图对本实用新型作进一步详细说明。
具体实施方式
如附图所示，本实用新型所述的一种全钒液流电池电解液的恒温控制装置，主要包括电解液储存罐入口（1）、电解液储存罐（2）、电解液（3）、电解液储存罐出口（4）、温度传感器（5）、连接管件（6）、水泵（7）、空气源热泵机组入口（8）、空气源热泵机组（9）、空气源热泵机组出口（10）、通信控制线（11）、控制器（12）。其中，电解液（3）放置在电解液储存罐（2）里面，空气源热泵机组入口（8）通过连接管件（6）连接到电解液储存罐出口（4），空气源热泵机组出口（10）通过连接管件（6）连接到电解液储存罐入口（1），形成一个循环回路。同时在空气源热泵机组入口（8）和电解液储存罐出口（4）之间的连接管件（6）上安装有水泵（7），从而带动电解液在空气源热泵机组和电解液储存罐之间循环。另外，在电解液储存罐出口（4）处安装一个温度传感器（5），以便随时监测电解液温度。控制器（12）通过通信控制线（11）安装在温度传感器（5）和空气源热泵机组（9）之间，从而控制空气源热泵机组进行制冷降温或者制热升温，以此确保电解液温度保持在设定的合理范围内。
当钒电池工作时，由于氧化还原反应，电解液（3）温度会持续上升。当温度超出设定的电解液（3）温度范围时，控制器（12）会启动空气源热泵机组（9）进行相应制冷，从而使电解液（3）温度回归到设定的电解液（3）温度范围内。
利用自行组装的实验室用全钒液流电池，考察了25～45℃范围内电解液（3）温度对钒电池充放电电压、库仑效率、能量效率和自放电性能的影响，并对其影响机理进行了初步研究和讨论。结果表明，随着电解液（3）温度的升高：
（一）钒电池的平均库仑效率从25℃时的90.7%降到了45℃的87.4%；
（二）电池的能量效率从25℃的81.6%降到了45℃的78.8%；
（三）温度对电池自放电性能的影响尤为明显，在25℃时，电池的开路电压保持在0.8V以上的时间为27h，而在45℃则只能保持16h。
电池的放电容量、充电电压和放电电压均随着电解液（3）温度的升高而降低。造成这种结果的原因主要是随着电解液（3）温度升高，电解液（3）活性物质的电极反应可逆性增加，极化减小，因此电池充电时高温时的电压曲线要比低温低；但由于电解液（3）温度升高时，离子的扩散性同时增加，这就造成了通过离子交换膜交叉渗透的钒离子的数量增加，因此高温时电池的库仑效率要低于低温时电池的库仑效率。同时，由于高温时离子渗透增加，造成正负极电解液（3）离子交叉渗透加剧，电极活性物质浓度减少，因此放电电压降低。
本实用新型所述的一种全钒液流电池电解液的恒温控制装置，可广泛应用于各种大规模储能的场合，尤其是光伏发电和风力发电等新能源领域，可进一步延长全钒液流电池的整体寿命长并提升电池工作效率。
对于本实用新型领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，对所有的这些改变以及变形都应该属于本发明要求的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种全钒液流电池电解液的恒温控制装置，其特征在于：主要包括电解液储存罐入口（1）、电解液储存罐（2）、电解液（3）、电解液储存罐出口（4）、温度传感器（5）、连接管件（6）、水泵（7）、空气源热泵机组入口（8）、空气源热泵机组（9）、空气源热泵机组出口（10）、通信控制线（11）、控制器（12）；其中，电解液（3）放置在电解液储存罐（2）里面，空气源热泵机组入口（8）通过连接管件（6）连接到电解液储存罐出口（4），空气源热泵机组出口（10）通过连接管件（6）连接到电解液储存罐入口（1），形成一个循环回路；同时在空气源热泵机组入口（8）和电解液储存罐出口（4）之间的连接管件（6）上安装有水泵（7）；另外，在电解液储存罐出口（4）处安装一个温度传感器（5）；控制器（12）通过通信控制线（11）安装在温度传感器（5）和空气源热泵机组（9）之间。
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