CN206040831U - 电解液平衡装置及具有其的液流电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电解液平衡装置及具有其的液流电池，电解液平衡装置包括：连通管路，用于安装在液流电池的第一储液罐和第二储液罐之间以连通第一储液罐和第二储液罐；水交换部件，设置在连通管路内，用于连通第一储液罐和第二储液罐内的水分并隔离第一储液罐和第二储液罐内的电解液离子；应用本实用新型技术方案的电解液平衡装置，可以防止液流电池在长期使用过程中由于水迁移而导致正、负极电解液的体积逐渐失衡，解决了现有技术中的全钒氧化还原液流电池在长期运行过程中电解液失衡而导致电池性能衰减的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及液流电池领域，具体而言，涉及一种电解液平衡装置及具有其的液流电池。
背景技术
液流电池是一类新型电化学储能体系，相比于其他储能技术，液流电池具有功率大、容量大、能量转换效率高、使用寿命长、安全性高和绿色环保等优点，在可再生能源配套储能、智能电网调峰、通讯基站以及分布式电源等领域均具有广泛的应用前景。
全钒氧化还原液流电池是液流电池中的一种，其原理是利用不同价态钒离子之间的氧化还原反应进行能量储存和利用。如图1所示，不同于铅酸电池、锂电池等常规化学电池，钒电池的反应物电解液是独立存放在外部的储液罐1中，充放电时，电解液通过耐酸的液体泵2输入电池堆3内部进行电化学反应，反应完成的电解液再回到储液罐1中，从而形成闭合的循环液流回路。
然而，钒电池在长期循环充放电过程中，由于各种副反应以及钒离子透膜扩散，正、负极电解液会逐渐失衡并发生严重的水迁移，进而导致正、负极储液罐中的电解液体积失衡，造从而成系统性能持续衰减，并给系统控制带来极大困难。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种电解液平衡装置及具有其的液流电池，以解决现有技术中的全钒氧化还原液流电池在长期运行过程中电解液失衡而导致电池性能衰减的问题。
为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种电解液平衡装置，电解液平衡装置包括：连通管路，用于安装在液流电池的第一储液罐和第二储液罐之间以连通第一储液罐和第二储液罐；水交换部件，设置在连通管路内，用于连通第一储液罐和第二储液罐内的水分并隔离第一储液罐和第二储液罐内的电解液离子。
进一步地，连通管路包括：连通管，连通管的一端用于与第一储液罐连通，连通管的另一端用于与第二储液罐连通，水交换部件设置在连通管内以将连通管的管腔分隔为两段。
进一步地，电解液平衡装置还包括：第一控制阀，安装在连通管上，第一控制阀设置在连通管的水交换部件与第一储液罐之间的管段上。
进一步地，电解液平衡装置还包括：第二控制阀，安装在连通管上，第二控制阀设置在连通管的水交换部件与第二储液罐之间的管段上。
进一步地，水交换部件为水交换隔膜。
进一步地，连通管路包括：交换箱，交换箱具有用于与第一储液罐连通的第一通口和用于与第二储液罐连通的第二通口；水交换部件设置在交换箱内以隔离第一通口和第二通口。
进一步地，连通管路还包括第一支管，第一支管的一端与第一通口连通，第一支管的另一端与第一储液罐连通。
进一步地，第一支管为多根，各根第一支管上均安装有第一控制阀。
进一步地，连通管路还包括第二支管，第二支管的一端与第二通口连通，第二支管的另一端与第二储液罐连通。
进一步地，第二支管为多根，各根第二支管上均安装有第二控制阀。
进一步地，水交换部件为水交换隔膜，水交换隔膜将交换箱的腔体分隔为第一腔室和第二腔室，第一通口与第一腔室连通，第二通口与第二腔室连通。
进一步地，水交换部件为交换管，第一通口为两个，交换管的一端与一个第一通口连通，交换管的另一端与另一个第一通口连通，第二通口与交换箱的腔体连通。
进一步地，水交换部件由选择性渗透材料制成。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种液流电池，包括第一储液罐和第二储液罐，液流电池还包括：电解液平衡装置，电解液平衡装置为上述内容的电解液平衡装置，电解平衡装置的连通管路的一端与第一储液罐连通，连通管路的另一端与第二储液罐连通。
应用本实用新型技术方案的电解液平衡装置，通过设置连通管路将液流电池的第一储液罐和第二储液罐连通，在连通管路内设置有水交换部件，水交换部件用于连通第一储液罐和第二储液罐内的水分并隔离第一储液罐和第二储液罐内的电解液离子。这样，可以防止液流电池在长期使用过程中由于水迁移而导致正、负极电解液的体积逐渐失衡，解决了现有技术中的全钒氧化还原液流电池在长期运行过程中电解液失衡而导致电池性能衰减的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是现有技术中的液流电池的结构示意图；
图2是根据本实用新型实施例可选的一种电解液平衡装置在液流电池上的设置结构示意图；
图3是根据本实用新型实施例可选的另一种电解液平衡装置在液流电池上的设置结构示意图；以及
图4是根据本实用新型实施例可选的第三种电解液平衡装置在液流电池上的设置结构示意图；以及
图5是图4中的水交换器和交换腔的剖面结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、水交换部件；20、第一储液罐；30、第二储液罐；40、连通管；41、第一支管；42、第二支管；50、第一控制阀；60、第二控制阀；70、交换箱。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
根据本实用新型实施例的电解液平衡装置，如图2所示，电解液平衡装置包括：连通管路和水交换部件10，连通管路用于安装在液流电池的第一储液罐20和第二储液罐30之间以连通第一储液罐20和第二储液罐30；水交换部件10设置在连通管路内，用于连通第一储液罐20和第二储液罐30内的水分并隔离第一储液罐20和第二储液罐30内的电解液离子。
应用本实用新型技术方案的电解液平衡装置，通过设置连通管路将液流电池的第一储液罐20和第二储液罐30连通，在连通管路内设置有水交换部件10，水交换部件10用于连通第一储液罐20和第二储液罐30内的水分并隔离第一储液罐20和第二储液罐30内的电解液离子。这样，可以防止液流电池在长期使用过程中由于水迁移而导致正、负极电解液的体积逐渐失衡，解决了现有技术中的全钒氧化还原液流电池在长期运行过程中电解液失衡而导致电池性能衰减的问题。
下面结合具体的实施例对本实用新型的方案进行详细说明：
实施例1：
在本实施例中，如图2所示，可选地，连通管路包括：连通管40，连通管40的一端与第一储液罐20连通，连通管40的另一端与第二储液罐30连通，水交换部件10设置在连通管40内以将连通管40的管腔分隔为两段。
可选地，水交换部件10为原片形的水交换隔膜，水交换隔膜与连通管40的横截面相匹配，水交换隔膜的沿连通管40的横截面方向设置在连通管40内，从而将第一储液罐20和第二储液罐30隔离开。
水交换隔膜不仅能够允许第一储液罐20和第二储液罐30之间的水分自由流动，并且能够阻止第一储液罐20和第二储液罐30内的电解液离子相互流动，从而在第一储液罐20和第二储液罐30发生水迁移时起到平衡水分的作用，保证第一储液罐20和第二储液罐30中电解液的平衡。
可选地，水交换隔膜的材料为选择性渗透材料，能够允许水分子自由通过，而电解液离子很难通过。选择性渗透材料的种类包括但不限于阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、两性离子交换树脂、微孔材料中的一种或几种，例如美国DuPont公司的Nafion、日本Asahi公司的Flemion、Daramic膜、磺化聚醚砜、磺化聚醚酮、磺化聚酰亚胺、磺化聚芳醚酮以及磺化聚芳醚砜等。
为了对水交换过程进行有效的控制，可选地，在连通管40上安装有第一控制阀50和第二控制阀60，第一控制阀50设置在水交换部件10与第一储液罐20之间的管段上，第二控制阀60设置在连通管40的水交换部件10与第二储液罐30之间的管段上，通过设置第一控制阀50和第二控制阀60能够分别对第一储液罐20和第二储液罐30的水交换过程单独进行控制。
实施例2：
如图3所示，本实施例相对于实施例1的区别在于，连通管路包括：交换箱70，交换箱70具有与第一储液罐20连通的第一通口和与第二储液罐30连通的第二通口；水交换部件10设置在交换箱70内以隔离第一通口和第二通口。
可选地，水交换部件10为与交换箱70的横截面匹配的水交换隔膜，水交换隔膜沿交换箱70的横截面方向设置将交换箱70分隔为体积相等的第一腔室和第二腔室，第一通口与第一腔室连通，第二通口与第二腔室连通从而将第一储液罐20和第二储液罐30隔离开，从而在第一储液罐20和第二储液罐30发生水迁移时起到平衡水分的作用，保证第一储液罐20和第二储液罐30中电解液的平衡。
可选地，水交换隔膜的材料为选择性渗透材料，能够允许水分子自由通过，而电解液离子很难通过。选择性渗透材料的种类包括但不限于阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、两性离子交换树脂、微孔材料中的一种或几种，例如美国DuPont公司的Nafion、日本Asahi公司的Flemion、Daramic膜、磺化聚醚砜、磺化聚醚酮、磺化聚酰亚胺、磺化聚芳醚酮以及磺化聚芳醚砜等。
为了使交换箱70的第一通口与第一储液罐20能够便于连通，可选地，在交换箱70的第一通口与第一储液罐20之间设置有第一支管41，第一支管41的一端与第一通口连通，第一支管41的另一端与第一储液罐20连通。
相应地，为了使交换箱70的第二通口与第二储液罐30能够便于连通，在交换箱70的第二通口与第二储液罐30之间设置有第二支管42，第二支管42的一端与第二通口连通，第二支管42的另一端与第二储液罐30连通。通过设置第一支管41和第二支管42能够便于在第一储液罐20和第二储液罐30与交换箱70连通。
为了保证水交换的流量，第一支管41和第二支管42均设置有多根，通过设置多根第一支管41和多根第二支管42能够增强第一储液罐20和第二储液罐30之间的水交换能力。
为了对水交换过程进行有效的控制，各根第一支管41上均安装有第一控制阀50，各根第二支管42上均安装有第二控制阀60。通过在第一支管41和第二支管42上设置第一控制阀50和第二控制阀60能够分别对第一储液罐20和第二储液罐30的水交换过程单独进行控制。
实施例3：
如图4所示，本实施例相对于实施例2区别在于，水交换部件10为交换管，如图4和图5所示，交换管设置有多根，多根交换管沿交换箱70的长向延伸设置在交换箱70中。交换箱70上设置有两个第一通口，两个第一通口分别位于交换箱70的两端，各根交换管的一端分别与其中一个第一通口相连通，各根交换管的另一端分别与另一个第一通口相连通，两个第一通口通过两根第一支管41与第一储液罐20连通，从而使各根交换管的内腔与第一储液罐20连通。
交换箱70的侧壁上还开设有两个第二通口，两个第二通口与交换箱70的腔体连通，两个第二通口通过两根第二支管42与第二储液罐30相连通，从而使交换箱70的腔体与第二储液罐30连通。通过交换管将第一储液罐20和第二储液罐30相互隔离，交换管由选择性渗透材料制成。可选地，交换管的管型包括但不限于直型管、蛇形管、U性管等。
可选地，水交换隔膜的材料为选择性渗透材料，能够允许水分子自由通过，而电解液离子很难通过，从而在第一储液罐20和第二储液罐30发生水迁移时起到平衡水分的作用，保证第一储液罐20和第二储液罐30中电解液的平衡。
可选地，选择性渗透材料的种类包括但不限于阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、两性离子交换树脂、微孔材料中的一种或几种，例如美国DuPont公司的Nafion、日本Asahi公司的Flemion、Daramic膜、磺化聚醚砜、磺化聚醚酮、磺化聚酰亚胺、磺化聚芳醚酮以及磺化聚芳醚砜等。
本实用新型还提供了一种液流电池，包括第一储液罐20和第二储液罐30，液流电池还包括：电解液平衡装置，电解液平衡装置为上述实施例的电解液平衡装置，电解平衡装置的连通管路的一端与第一储液罐20连通，连通管路的另一端与第二储液罐30连通。
应用上述实施例的电解液平衡装置的液流电池，通过设置连通管路将液流电池的第一储液罐20和第二储液罐30连通，在连通管路内设置有水交换部件10，水交换部件10用于连通第一储液罐20和第二储液罐30内的水分并隔离第一储液罐20和第二储液罐30内的电解液离子。这样，可以防止液流电池在长期使用过程中由于水迁移而导致正、负极电解液的体积逐渐失衡，解决了现有技术中的全钒氧化还原液流电池在长期运行过程中电解液失衡而导致电池性能衰减的问题。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种电解液平衡装置，其特征在于，所述电解液平衡装置包括：
连通管路，用于安装在液流电池的第一储液罐(20)和第二储液罐(30)之间以连通所述第一储液罐(20)和所述第二储液罐(30)；
水交换部件(10)，设置在所述连通管路内，用于连通所述第一储液罐(20)和所述第二储液罐(30)内的水分并隔离所述第一储液罐(20)和所述第二储液罐(30)内的电解液离子。
2.根据权利要求1所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述连通管路包括：
连通管(40)，所述连通管(40)的一端用于与所述第一储液罐(20)连通，所述连通管(40)的另一端用于与所述第二储液罐(30)连通，所述水交换部件(10)设置在所述连通管(40)内以将所述连通管(40)的管腔分隔为两段。
3.根据权利要求2所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述电解液平衡装置还包括：
第一控制阀(50)，安装在所述连通管(40)上，所述第一控制阀(50)设置在所述连通管(40)的所述水交换部件(10)与所述第一储液罐(20)之间的管段上。
4.根据权利要求3所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述电解液平衡装置还包括：
第二控制阀(60)，安装在所述连通管(40)上，所述第二控制阀(60)设置在所述连通管(40)的所述水交换部件(10)与所述第二储液罐(30)之间的管段上。
5.根据权利要求2所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述水交换部件(10)为水交换隔膜。
6.根据权利要求1所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述连通管路包括：
交换箱(70)，所述交换箱(70)具有用于与所述第一储液罐(20)连通的第一通口和用于与所述第二储液罐(30)连通的第二通口；所述水交换部件(10)设置在所述交换箱(70)内以隔离所述第一通口和所述第二通口。
7.根据权利要求6所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述连通管路还包括第一支管(41)，所述第一支管(41)的一端与所述第一通口连通，所述第一支管(41)的另一端与所述第一储液罐(20)连通。
8.根据权利要求7所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述第一支管(41)为多根，各根所述第一支管(41)上均安装有第一控制阀(50)。
9.根据权利要求6所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述连通管路还包括第二支管(42)，所述第二支管(42)的一端与所述第二通口连通，所述第二支管(42)的另一端与所述第二储液罐(30)连通。
10.根据权利要求9所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述第二支管(42)为多根，各根所述第二支管(42)上均安装有第二控制阀(60)。
11.根据权利要求6所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述水交换部件(10)为水交换隔膜，所述水交换隔膜将所述交换箱(70)的腔体分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一通口与所述第一腔室连通，所述第二通口与所述第二腔室连通。
12.根据权利要求6所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述水交换部件(10)为交换管，所述第一通口为两个，所述交换管的一端与一个所述第一通口连通，所述交换管的另一端与另一个所述第一通口连通，所述第二通口与所述交换箱(70)的腔体连通。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电解液平衡装置，其特征在于，所述水交换部件(10)由选择性渗透材料制成。
14.一种液流电池，包括第一储液罐(20)和第二储液罐(30)，其特征在于，所述液流电池还包括：
电解液平衡装置，所述电解液平衡装置为权利要求1至13中任一项所述的电解液平衡装置，所述电解平衡装置的连通管路的一端与所述第一储液罐(20)连通，所述连通管路的另一端与所述第二储液罐(30)连通。
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