RU2710683C1 - Device for studying the structure and operating principle of a vanadium redox battery - Google Patents
Device for studying the structure and operating principle of a vanadium redox battery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710683C1 RU2710683C1 RU2019113294A RU2019113294A RU2710683C1 RU 2710683 C1 RU2710683 C1 RU 2710683C1 RU 2019113294 A RU2019113294 A RU 2019113294A RU 2019113294 A RU2019113294 A RU 2019113294A RU 2710683 C1 RU2710683 C1 RU 2710683C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- battery
- compressor
- studying
- tanks
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
- G09B23/18—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for electricity or magnetism
- G09B23/188—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for electricity or magnetism for motors; for generators; for power supplies; for power distribution
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Algebra (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (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)
- Power Engineering (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обучающему оборудованию в области энергетики и электрохимии и может быть использовано как наглядно-методическое пособие для проведения лабораторно-практических занятий в образовательных учреждениях при изучении курса химии, электрохимии и альтернативной энергетики. Заявленное устройство является тренажером для работы с проточной ванадиевой редокс-батареей.The invention relates to teaching equipment in the field of energy and electrochemistry and can be used as a visual and methodological tool for conducting laboratory and practical classes in educational institutions when studying a course in chemistry, electrochemistry and alternative energy. The claimed device is a simulator for working with a flowing vanadium redox battery.
Одним из преобладающих направлений развития современной энергетики, является, так называемая, «зеленая энергетика». В процессе работы соответствующих энергетических установок не происходит загрязнения окружающей среды.One of the predominant trends in the development of modern energy is the so-called "green energy". During the operation of the respective power plants, environmental pollution does not occur.
«Зеленая энергетика» при всех своих преимуществах, имеет один серьезный недостаток - нестабильное количество вырабатываемой энергии. Для обеспечения бесперебойной работы электросети требуются устройства для промежуточного хранения значительного количества электроэнергии. Одним из решений является система хранения электроэнергии на основе технологии, известной как проточная редокс-батарея, использующая жидкий электролит в качестве энергоносителя, например, раствор солей ванадия в кислой среде.“Green Energy”, with all its advantages, has one serious drawback - an unstable amount of generated energy. To ensure uninterrupted operation of the power grid, devices are required for the intermediate storage of a significant amount of electricity. One solution is an energy storage system based on a technology known as a flow redox battery that uses liquid electrolyte as an energy carrier, for example, a solution of vanadium salts in an acidic environment.
Однако, эксплуатация этих устройств требует особых знаний и навыков, которые в настоящее время плохо развиты у потребителей. В связи с этим, необходимо дополнительное освещение в образовательных программах или наглядных пособиях принципа работы ванадиевой редокс-батареи. Это особенно важно для начинающих специалистов (в частности, студентов).However, the operation of these devices requires special knowledge and skills that are currently poorly developed among consumers. In this regard, additional coverage is required in educational programs or visual aids on the principle of operation of a vanadium redox battery. This is especially important for beginners (in particular, students).
Из уровня техники не выявлено устройств (стендов) для визуализации процессов, протекающих при работе ванадиевой редокс-батареи.From the prior art, no devices (stands) for visualizing the processes occurring during the operation of the vanadium redox battery have been identified.
Техническим результатом, на который направлено заявленное изобретение, является обеспечение широких функциональных возможностей учебно-методического оборудования, а именно стенда для изучения структуры и принципа действия ванадиевой редокс-батареи.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to provide wide functional capabilities of educational and methodological equipment, namely a stand for studying the structure and principle of operation of a vanadium redox battery.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для изучения ванадиевой редокс-батареи включает корпус, в котором расположены блок питания, плата управления два резервуара для электролита (анолита и католита соответственно), средство для отображения информации, блок для изменения типа подключения, блок насосов, компрессор и электрохимический генератор (ЭХГ), представляющий собой проточную редокс-батарею (стэк), состоящую из мембранно-электродных блоков. Количество пар разъемов в блоке для изменения типа подключения соответствует количеству мембранно-электродных блоков (МЭБ) в ЭХГ (в батарее). Выходы каждого из резервуаров посредством трубок соединены последовательно с соответствующим насосом и далее с соответствующими входами в МЭБ ЭХГ (батареи), выходы из МЭБ соединены трубками с входом в соответствующий резервуар, компрессор соединен трубками последовательно с каждым из резервуаров с образованием замкнутого контура. Плата управления электрически скоммутирована (связана проводным соединением) с блоком для изменения типа подключения, средством отображения информации, блоком насосов, компрессором, блоком питания и батареей. Через блок изменения типа подключения можно подключать выбранное количество МЭБ к плате управления как последовательно, так и параллельно.The specified technical result is achieved due to the fact that the device for studying the vanadium redox battery includes a housing in which the power supply is located, a control board for two electrolyte tanks (anolyte and catholyte, respectively), a means for displaying information, a unit for changing the type of connection, a unit pumps, compressor and electrochemical generator (ECG), which is a flowing redox battery (stack), consisting of membrane-electrode blocks. The number of pairs of connectors in the block for changing the type of connection corresponds to the number of membrane-electrode blocks (OIE) in the ECG (in the battery). The outlets of each of the reservoirs are connected in series through tubes to the corresponding pump and then to the corresponding inputs to the OIE ECG (batteries), the outlets from the OIE are connected to the inlet to the corresponding reservoir, the compressor is connected in series with each of the reservoirs with a closed loop. The control board is electrically connected (wired) to the unit for changing the type of connection, the means for displaying information, the pump unit, the compressor, the power supply and the battery. Through the unit for changing the type of connection, you can connect the selected number of OIE to the control board both in series and in parallel.
Устройство также может содержать средство для ввода данных. Такое средство может быть выполнено в разных вариациях. Так, например, оно может быть выполнено в виде энкодера, отдельного блока, например, клавиатуры, или же функции указания и ввода на сенсорном экране (touch-экран), или же мышь, подключенная через USB-порт.The device may also include means for entering data. Such a tool can be made in different variations. So, for example, it can be made in the form of an encoder, a separate unit, for example, a keyboard, or the function of pointing and entering on a touch screen (touch-screen), or a mouse connected via a USB port.
Между насосом и МЭБ может быть установлен разветвитель потоков.A flow splitter can be installed between the pump and the OIE.
Устройство также может быть снабжено индикатором напряжения.The device can also be equipped with a voltage indicator.
Также устройство может дополнительно содержать порт для подключения внешней нагрузки, который необходим для подключения внешних устройств или преобразователей напряжения и тока.Also, the device may further comprise a port for connecting an external load, which is necessary for connecting external devices or voltage and current converters.
Учебно-методический стенд, имитирующий работу проточной редокс-батареи, разработан для понимания специфики работы батареи в штатном режиме и при возникновении внештатных ситуаций, а также для обучения приемам работы и развития навыков управления и контроля в результате непрерывного интерактивного взаимодействия обучающихся с элементами управления, индикацией, сигнализацией и имитацией редокс-батареи.The training and methodological stand simulating the operation of a flowing redox battery is designed to understand the specifics of battery operation in normal mode and in case of emergency, as well as to teach working methods and develop management and control skills as a result of continuous interactive interaction of students with controls, indicators , alarms and simulated redox batteries.
Заявленное устройство - образовательный интерактивный стенд «Ванадиевая редокс-батарея» служит наглядной демонстрацией экологически безопасной технологии накопления больших объемов электроэнергии. В образовательных и практических целях, на стенде обеспечена возможность подключения мембранно-электродных блоков по параллельной или последовательной схеме, что позволяет управлять значениями разрядного тока и напряжения.The claimed device is an educational interactive stand "Vanadium redox battery" serves as a clear demonstration of environmentally friendly technology for the accumulation of large volumes of electricity. For educational and practical purposes, the stand provides the ability to connect the membrane-electrode blocks in parallel or serial circuit, which allows you to control the values of the discharge current and voltage.
Опционально в стенде может быть реализована возможность контроля состава электролита методами фотометрии.Optionally, the stand can be implemented to control the composition of the electrolyte by photometric methods.
Стенд может (помимо образовательных функций), встраиваться в интерактивные макеты городов и других инфраструктурных объектов, а также использоваться в качестве интерактивной стационарной зарядной станции для устройств с различной потребляемой мощностью. Стенд может эффективно работать в паре с возобновляемыми источниками энергии, обеспечивая бесперебойное электроснабжение.The stand can (in addition to educational functions), be embedded in interactive models of cities and other infrastructure facilities, and can also be used as an interactive stationary charging station for devices with different power consumption. The stand can work effectively together with renewable energy sources, providing uninterrupted power supply.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает широкие функциональные возможности учебно-методического оборудования (стенда «Ванадиевая редокс-батарея»).Thus, the claimed combination of essential features provides wide functionality of the educational and methodical equipment (stand "Vanadium redox battery").
Предложенное изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на Фиг. 1 представлен общий вид заявленного устройства (стенда);The proposed invention is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 shows a General view of the claimed device (stand);
На Фиг. 2 - вид спереди (вариант исполнения);In FIG. 2 - front view (option);
На Фиг. 3-схематично показано движение жидкостей (анолит и католит);In FIG. 3 schematically shows the movement of liquids (anolyte and catholyte);
На Фиг. 4 - схематично показано движение воздуха.In FIG. 4 - schematically shows the movement of air.
Заявленное устройство для изучения структуры и принципа действия ванадиевой редокс-батареи включает корпус 1, в котором размещены блок питания (на чертеже не указан), плата управления (не указана), электрохимический генератор 2 (редокс-батарея из МЭБ), два резервуара 3 и 4, один из которых предназначен для анолита, а другой для католита, средство 5 для отображения информации, блок 6 для изменения типа подключения, блок насосов 7, необходимый для перекачки электролита и компрессор 11, позволяющий прогонять воздух через резервуары 3 и 4 с электролитом, перемешивая его.The claimed device for studying the structure and principle of operation of a vanadium redox battery includes a
Выход резервуара 3 для анолита посредством трубок соединен последовательно с одним из насосов 7а и далее напрямую или через разветвитель потоков 8а с соответствующим входом в анодное пространство МЭБ ЭХГ 2, выход из анодного пространства МЭБ ЭХГ соединен трубкой с входом резервуара 3 для анолита. Выход резервуара 4 для католита посредством трубок соединен с другим насосом 7б и далее напрямую или через разветвитель потоков 8б с соответствующим входом в катодное пространство МЭБ ЭХГ 2, а выход из катодного пространства МЭБ соединен трубкой с входом резервуара 4 для католита. Компрессор 11 соединяют трубками последовательно с резервуарами 3 и 4 для анолита и католита с образованием замкнутого контура. Воздух прокачивается по трубкам 12, установленным внутри резервуаров.The outlet of the
Количество пар разъемов в блоке для изменения типа подключения соответствует количеству МЭБ в ЭХГ (в батарее).The number of pairs of connectors in the unit for changing the type of connection corresponds to the number of OIE in the ECG (in the battery).
Так, например, ЭХГ, состоящий из четырех МЭБ может выдавать напряжение от 5 до 10 Вт.So, for example, an ECG consisting of four OIE can produce a voltage of 5 to 10 watts.
Мощность определяется габаритами батареи из МЭБ.Power is determined by the size of the battery from the OIE.
Средство отображения информации 5 необходимо для обеспечения наглядности происходящих процессов в работе предлагаемого устройства.A means of displaying
Позицией 9 обозначен индикатор напряжения, а позицией 10 обозначено отдельно стоящее средство для ввода данных (частный вариант исполнения такого средства). Средство для ввода данных позволяет задавать необходимые режимы работы. На мониторе (средство для отображения информации) 5 отображаются заданные параметры работы устройства и измеряемые величины, такие, например, как электрический ток, напряжение и мощность.
В совокупности средство отображения информации 5 и средство для ввода данных 10 позволяют подобрать оптимальные параметры режимов работы устройства. Стоит отметить, что средство ввода данных может быть заключено в средство отображения информации (touch-экран),In total, the means of displaying
Электронная нагрузка позволяет имитировать потребителя. Иногда целесообразно дополнить устройство портом (клеммой) для подключения внешней нагрузки. Такой порт позволяет измерить напряжение сторонними приборами.Electronic load allows you to simulate the consumer. Sometimes it is advisable to supplement the device with a port (terminal) for connecting an external load. This port allows you to measure voltage with third-party devices.
Позицией 13 обозначена световая подсветка, например, светодиодная лента.
Предлагаемое устройство имеет небольшие габариты(как правило, не превышают 600×500×300 мм), что позволяет с легкостью менять место его расположения, например, переносить из одной аудитории в другую. Стенд достаточно компактен, доступен по цене и безопасен.The proposed device has small dimensions (usually do not exceed 600 × 500 × 300 mm), which allows you to easily change its location, for example, transfer from one audience to another. The stand is quite compact, affordable and safe.
На предлагаемом устройстве возможно задавать такие параметры, как скорость прокачки электролита, режим заряда батареи (гальваностатический, потенциостатический), зарядный ток, зарядное напряжение, тип подключения. На предлагаемом устройстве можно измерять такие параметры как ток, напряжение и мощность при заряде и разряде (каждого МЭБ или всей батареи), а также снимать ВАХ и ВтАХ, опционально состав электролита методом фотометрии.On the proposed device, it is possible to set such parameters as the electrolyte pumping rate, battery charge mode (galvanostatic, potentiostatic), charging current, charging voltage, type of connection. On the proposed device, it is possible to measure such parameters as current, voltage and power during charging and discharging (of each OIE or the entire battery), as well as to measure the I – V characteristics and I – V characteristics, optionally, the electrolyte composition by photometry.
На предлагаемом стенде возможно выполнение таких лабораторных работ, как:At the proposed stand, it is possible to perform such laboratory work as:
- Снятие характеристических кривых батареи (ВАХ и ВтАХ);- Removing the characteristic curves of the battery (VAC and VAC);
- Влияние скорости подачи электролита на удельную мощность разряда;- The effect of the electrolyte feed rate on the specific power of the discharge;
- Определение емкости батареи и плотности хранимой энергии;- Determination of battery capacity and density of stored energy;
- Определение КПД ванадиевой редокс-батареи (Фарадеевская, вольтаическая и энергетическая эффективность);- Determination of the efficiency of a vanadium redox battery (Faraday, voltaic and energy efficiency);
- Влияние типа подключения МЭБ на выходные параметры батареи.- The effect of the type of connection of the OIE on the output parameters of the battery.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019113294A RU2710683C9 (en) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | Device for studying the structure and operating principle of a vanadium redox battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019113294A RU2710683C9 (en) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | Device for studying the structure and operating principle of a vanadium redox battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2710683C1 true RU2710683C1 (en) | 2020-01-09 |
RU2710683C9 RU2710683C9 (en) | 2020-06-23 |
Family
ID=69140782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019113294A RU2710683C9 (en) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | Device for studying the structure and operating principle of a vanadium redox battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2710683C9 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2817409C2 (en) * | 2022-06-29 | 2024-04-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр проблем химической физики медицинской химии Российской академии наук (ФИЦ ПХФ и МХ РАН) | Method of measuring average oxidation degree and concentration of vanadium ions in electrolyte of vanadium flowing redox battery and installation for implementation thereof |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0279374A (en) * | 1988-09-14 | 1990-03-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Educational redox cell |
CN106652698A (en) * | 2017-01-24 | 2017-05-10 | 湖南省德沃普储能有限公司 | Teaching demonstration system and method for application of all-vanadium redox flow battery in renewable energy field |
-
2019
- 2019-04-29 RU RU2019113294A patent/RU2710683C9/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0279374A (en) * | 1988-09-14 | 1990-03-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Educational redox cell |
CN106652698A (en) * | 2017-01-24 | 2017-05-10 | 湖南省德沃普储能有限公司 | Teaching demonstration system and method for application of all-vanadium redox flow battery in renewable energy field |
CN106652698B (en) * | 2017-01-24 | 2019-04-30 | 湖南德沃普新能源有限公司 | A kind of teaching demonstration system applied suitable for all-vanadium flow battery in field of renewable energy and method |
CN109767678A (en) * | 2017-01-24 | 2019-05-17 | 湖南德沃普新能源有限公司 | A kind of teaching demonstration method applied suitable for all-vanadium flow battery in field of renewable energy |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2817409C2 (en) * | 2022-06-29 | 2024-04-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр проблем химической физики медицинской химии Российской академии наук (ФИЦ ПХФ и МХ РАН) | Method of measuring average oxidation degree and concentration of vanadium ions in electrolyte of vanadium flowing redox battery and installation for implementation thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2710683C9 (en) | 2020-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Trovo et al. | Thermal modeling of industrial-scale vanadium redox flow batteries in high-current operations | |
Zhang et al. | A comprehensive equivalent circuit model of all-vanadium redox flow battery for power system analysis | |
Ursúa et al. | Stand-alone operation of an alkaline water electrolyser fed by wind and photovoltaic systems | |
CN102610146A (en) | Teaching experiment platform of multifunctional photovoltaic power generation system | |
CN102610147A (en) | Teaching experiment platform of multifunctional wind and photovoltaic complementary power generation system | |
CN104300165A (en) | SOC (State of Charge) detection device, detection method thereof and flow battery system | |
CN109417184A (en) | Redox flow batteries, power measurement system and quantity measuring method | |
RU2710683C1 (en) | Device for studying the structure and operating principle of a vanadium redox battery | |
KR200447670Y1 (en) | Energy collection apparatus for the purpose of education | |
CN216248091U (en) | Safe and automatic power-on device of electric energy meter | |
CN110853467A (en) | Ohm's law teaching aid | |
RU2775641C1 (en) | Functional layout for studying the structure and demonstrating the operation of a flow redox battery | |
CN201773517U (en) | Solar power supply demonstration device used for teaching | |
CN205541587U (en) | Presentation device is used in power equipment training | |
RU2678902C1 (en) | Fuel cell structure and operating principle studying device | |
Muske et al. | A lemon cell battery for high-power applications | |
CN209591257U (en) | A kind of hydrogen-oxygen fuel cell demonstration device | |
CN207832733U (en) | The device of Chloride Ion in Concrete migration characteristic test | |
Kazarik et al. | Method and device for long-term cycling tests of reversible fuel cells | |
CN106652698B (en) | A kind of teaching demonstration system applied suitable for all-vanadium flow battery in field of renewable energy and method | |
CN219832038U (en) | Pumped storage training device | |
CN202795847U (en) | Multi-functional photovoltaic power generation system teaching experiment platform | |
CN202887550U (en) | Multifunctional wind energy and solar energy complementary type power generation system teaching experimental platform | |
CN221595813U (en) | Wind-solar water storage and charging equipment teaching platform | |
CN103325291A (en) | Demonstration device for metal-air batteries |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TH4A | Reissue of patent specification |