CN212366010U - 一种可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，包括全钒液流电池电堆、正极电解液储罐、负极电解液储罐和电解液还原槽；正极电解液储罐、正极电解液循环泵、全钒液流电池电堆的正极和正极电解液循环阀门V1依次通过管路连接形成正极电解液循环回路；负极电解液储罐、负极电解液循环泵、全钒液流电池电堆的负极和负极电解液循环阀门V2依次通过管路连接形成负极电解液循环回路；电解液还原槽与正极电解液循环阀门V1并联，且其正极电解液进口端设有正极电解液还原槽阀门V5。本实用新型的全钒液流电池装置，可以实时对价态失衡的电解液进行价态调整，并且装置简单、能耗低，保证调整过程中全钒液流电池装置仍然能够正常充放电运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及全钒液流电池技术领域，尤其涉及一种可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置。
背景技术
液流电池是目前发展势头强劲的绿色环保储能电池之一，具有大功率、长寿命、可深度大电流密度充放电等明显优势，已成为电池体系中主要的商用化发展方向之一，在风电、光伏发电、电网调峰等领域有着极其广阔的应用前景。
随着钒电池的充放电，由于钒离子跨膜迁移以及各种副反应(析氢、析氧以及气密性差导致的低价态钒离子被空气氧化)，将出现正负极电解液钒离子总量不平衡、正负极混合价态偏离(理想充放电情况下正负极电解液混合价态为3.5 价)等问题，导致电池容量衰减，极大地影响了电池的综合性能，降低了钒电池的循环使用寿命。同时在电池的运行过程中，常伴随着水的定向跨膜迁移，导致正负极电解液体积失衡，严重影响了电池性能，甚至对装置造成威胁。当电解液中钒离子的浓度和价态不相匹配、电解液的利用率达不到设计时的要求时，更换新的钒电解液会使得全钒液流电池的运行成本升高。这个问题以正极侧尤为严重，如果能合理解决，对液流电池的容量保持及装置寿命的延长都有着重要意义。
现有技术主要通过电解和添加还原剂两种方法解决以上问题，(1)电解方法是通过强制对流，将电解液泵入电解槽进行电解，以达到价态恢复的目的；(2) 化学方法是通过在价态失衡电解液中加入还原剂或者氧化剂，调节电解液中钒离子的价态，实现对价态失衡电解液的再利用。
目前的化学方法中在全钒液流电池管路装置中加入电解液还原槽，实现电解液的价态均衡，但在实现时都需要停止电池的运行，对两极的电解液进行混合后，引入电解液还原槽中进行，无法保证电池的长期连续运行，虽然形式上是在线均衡电解液价态，但实际上仍属于离线的方法；电解过程需要外部供能，增加了全钒液流电池装置的能耗，变相地降低了装置的能量效率。
实用新型内容
本实用新型为解决现有技术中的上述问题提出一种可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，可以实时对价态失衡的电解液进行价态调整，并且装置简单、能耗低、保证调整过程中全钒液流电池装置仍然能够正常充放电运行。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
提供一种可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，包括全钒液流电池电堆、正极电解液储罐、负极电解液储罐和电解液还原槽；所述正极电解液储罐、正极电解液循环泵、所述全钒液流电池电堆的正极和正极电解液循环阀门V1依次通过管路连接形成正极电解液循环回路；所述负极电解液储罐、负极电解液循环泵、所述全钒液流电池电堆的负极和负极电解液循环阀门V2依次通过管路连接形成负极电解液循环回路；所述电解液还原槽与所述正极电解液循环阀门V1 并联，且其正极电解液进口端设有正极电解液还原槽阀门V5。
进一步地，所述正极电解液储罐和负极电解液储罐之间还设有第一正负极电解液体积均衡管路。
进一步优选地，所述第一正负极电解液体积均衡管路上设有第一正负极电解液体积均衡阀门V3。
进一步地，所述正极电解液储罐和所述负极电解液储罐之间还设有第二正负极电解液体积均衡管路。
进一步优选地，所述第二正负极电解液体积均衡管路上设有第二正负极电解液体积均衡阀门V4。
进一步地，所述电解液还原槽中加入还原性的化学试剂。
进一步优选地，所述还原性的化学试剂为H2O2、CxHyOz有机分子、 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O、H2S、SO2、H2SO3和NO中的一种或几种。
更进一步优选地，所述CxHyOz有机分子中：1≤x≤12、2≤y≤12、1≤z ≤12。
本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本实用新型的可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，可以实时对价态失衡的电解液进行价态调整，并且装置简单，保证调整过程中全钒液流电池装置仍然能够正常充放电运行，有利于保证装置的连续长期运行；只需要通过开闭阀门改变电解液的流经通道，在还原槽内对其进行价态调整，没有增加装置能耗，能够保证全钒液流电池装置的能量效率；电解液价态均衡操作简单，通过调节阀门的开闭即可进行，对操作人员的专业技能要求较低。
附图说明
图1为本实用新型可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置的示意图；
其中的附图标记为：
1-全钒液流电池电堆；2-正极电解液储罐；3-负极电解液储罐；4-正极电解液循环泵；5-负极电解液循环泵；6-电解液还原槽；7-正极电解液循环阀门V1； 8-负极电解液循环阀门V2；9-正极电解液还原槽阀门V5；10-第一正负极电解液体积均衡阀门V3；11-第二正负极电解液体积均衡阀门V4。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本实用新型进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本实用新型，但是下述实施例并不限制本实用新型范围。
实施例1
本实施例提供一种可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，包括全钒液流电池电堆1、正极电解液储罐2、负极电解液储罐3和电解液还原槽6；正极电解液储罐2、正极电解液循环泵4、所述全钒液流电池电堆1的正极和正极电解液循环阀门V1依次通过管路连接形成正极电解液循环回路；负极电解液储罐 3、负极电解液循环泵5、全钒液流电池电堆1的负极和负极电解液循环阀门V2 依次通过管路连接形成负极电解液循环回路；电解液还原槽6与正极电解液循环阀门V1并联，且其正极电解液进口端设有正极电解液还原槽阀门V5。
本实用新型提供的全钒液流电池装置的操作流程为，在对负极电解液做好防氧化保护后，只需要针对正极电解液进行价态均衡操作。根据全钒液流电池正常运行数据，取其放电容量作为参考，推算正极电解液的价态变化情况，以计算所需要加入还原剂的量。需要调整电解液价态时，通过开闭阀门，将装置切换到价态均衡模式，使电解液流经电解液还原槽6。待电解液还原槽内充满电解液后，切换到正常运行状态，开始在还原槽内加入还原剂进行价态调节，所使用还原剂的量根据放电容量的恢复状态调整，每次均有不同。还原完成后，切换到价态均衡模式继续进行下一阶段的电解液价态调整，重复进行，完成对正极电解液价态的充分均衡。
进一步地，正极电解液储罐2和负极电解液储罐3之间还设有第一和第二正负极电解液体积均衡管路，第一正负极电解液体积均衡管路上设有第一正负极电解液体积均衡阀门V3；第二正负极电解液体积均衡管路上设有第二正负极电解液体积均衡阀门V4；上述第二正负极电解液体积均衡管路和第一正负极电解液体积均衡管路独立于其它管路，二者配合，当正负极电解液体积有较大差距时，可以关闭其它阀门，打开阀门V3和V4，连通正负极储液罐，靠电解液自身的重力和扩散作用，在电堆停止充放电时，进行电解液体积的均衡操作。
进一步地，电解液还原槽中加入还原性的化学试剂；还原性的化学试剂为 H2O2、CxHyOz有机分子(1≤x≤12、2≤y≤12、1≤z≤12)、 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O、H2S、SO2、H2SO3和NO中的一种或几种。
实施例2
本实施例提供了可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置的具体操作流程：
在全钒液流电池充放电状态下，打开正极电解液循环阀门V1和负极电解液循环阀门V2，关闭其余的阀门，启动正极电解液循环泵4和负极电解液循环泵 5，全钒液流电池装置的正负极电解液开始循环，进行充放电。
根据充放电测试结果中的放电容量判断正极电解液的价态，是否需要进行价态均衡操作。如果需要均衡正极电解液价态，打开正极电解液还原槽阀门V5，使电解液通过支路流入电解液还原槽6，随后关闭正极电解液循环阀门V1，使电解液还原槽6充满电解液。然后打开正极电解液循环阀门V1，待电解液充满管路后，关闭正极电解液还原槽阀门V5。
计算进行价态均衡操作所需要加入的还原剂的量，将还原剂加入电解液还原槽6中。待电解液价态均衡完成后，打开正极电解液还原槽阀门V5，再次使电解液通过支路流入电解液还原槽6，随后关闭正极电解液循环阀门V1，重新使电解液还原槽6充满电解液，将还原剂加入电解液还原槽6中。重复上述步骤，直至充放电所得的放电容量恢复初始状态后，关闭其余的阀门，保持阀门V1和 V2的打开状态，全钒液流电池装置的正负极电解液进行正常充放电。
如果正负极电解液储罐中的电解液液位差拉开较大，可以停止全钒液流电池电堆的充放电，打开第一正负极电解液体积均衡阀门V3和第二正负极电解液体积均衡阀门V4，关闭其余的阀门，连通正负极储液罐，靠电解液自身的重力和扩散作用，进行电解液体积的均衡操作。
以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。
Claims (6)
1.一种可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，其特征在于，包括全钒液流电池电堆(1)、正极电解液储罐(2)、负极电解液储罐(3)和电解液还原槽(6)；所述正极电解液储罐(2)、正极电解液循环泵(4)、所述全钒液流电池电堆(1)的正极和正极电解液循环阀门V1(7)依次通过管路连接形成正极电解液循环回路；所述负极电解液储罐(3)、负极电解液循环泵(5)、所述全钒液流电池电堆(1)的负极和负极电解液循环阀门V2(8)依次通过管路连接形成负极电解液循环回路；所述电解液还原槽(6)与所述正极电解液循环阀门V1(7)并联，且其正极电解液进口端设有正极电解液还原槽阀门V5(9)。
2.根据权利要求1所述的可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，其特征在于，所述正极电解液储罐(2)和所述负极电解液储罐(3)之间还设有第一正负极电解液体积均衡管路。
3.根据权利要求2所述的可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，其特征在于，所述第一正负极电解液体积均衡管路上设有第一正负极电解液体积均衡阀门V3(10)。
4.根据权利要求1所述的可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，其特征在于，所述正极电解液储罐(2)和所述负极电解液储罐(3)之间还设有第二正负极电解液体积均衡管路。
5.根据权利要求4所述的可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，其特征在于，所述第二正负极电解液体积均衡管路上设有第二正负极电解液体积均衡阀门V4(11)。
6.根据权利要求1所述的可在线均衡电解液价态的全钒液流电池装置，其特征在于，所述电解液还原槽(6)中加入还原性的化学试剂。
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