氧化還原液流電池用電解液儲罐的制作方法
【專利摘要】氧化還原液流電池用電解液儲罐，所述電解液儲罐為中空容器，其內(nèi)豎向設(shè)置有正負(fù)極隔板將儲罐內(nèi)分為互不連通的正極腔室和負(fù)極腔室兩部分；沿任意水平面的正極腔室和負(fù)極腔室的橫截面面積均相等；隔板上設(shè)有通孔。本實(shí)用新型可以使液流電池在運(yùn)行過程中，時刻保持正、負(fù)極電解質(zhì)溶液溫度保持基本一致，降低了由于正、負(fù)極電解質(zhì)溶液溫度的差異對電池反應(yīng)產(chǎn)生的影響，進(jìn)而使電池反應(yīng)更具同步性。
【專利說明】氧化還原液流電池用電解液儲罐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于液流儲能電池的電解質(zhì)溶液儲罐，更具體而言，本實(shí)用新型提供一種液流儲能電池電解質(zhì)溶液儲罐的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】[0002]隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染的現(xiàn)狀日趨嚴(yán)峻，能源、資源和環(huán)境保護(hù)間的矛盾也日益突出。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，調(diào)整當(dāng)前電力能源結(jié)構(gòu)，開發(fā)規(guī)?；蔑L(fēng)能、太陽能等可再生清潔能源，已經(jīng)成為我國電力能源發(fā)展的基本國策。風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電過程具有不穩(wěn)定和不連續(xù)的特點(diǎn)，需要配備蓄電儲能裝置，才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的電能輸出，避免對局部電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊而引發(fā)的大規(guī)模惡性事故。液流儲能電池(RedoxFlow Battery，簡稱RFB)由于具有系統(tǒng)容量和功率相互獨(dú)立可調(diào)、響應(yīng)迅速，安全可靠，循環(huán)壽命長，操作維護(hù)簡單，環(huán)境友好等突出優(yōu)勢而成為可再生能源發(fā)電，電網(wǎng)削峰填谷，應(yīng)急及備用電站等規(guī)?；瘍δ苤凶钣邪l(fā)展前景的技術(shù)之一。以全鑰;液流電池(VanadiumRedox Flow Battery,VRFB)為代表的規(guī)模化蓄電儲能裝置近年來得到快速發(fā)展,逐步進(jìn)入大規(guī)模示范階段。在現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)中，通過大規(guī)模蓄電儲能實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”作用，能夠緩和電力供需矛盾，提高發(fā)電設(shè)備利用率，降低火力發(fā)電能耗。通常液流電池系統(tǒng)由電池、正極管路、正極電解質(zhì)溶液儲罐、正極泵、負(fù)極管路、負(fù)極電解質(zhì)溶液儲罐、負(fù)極泵等主要部件組成。通過正極泵和負(fù)極泵經(jīng)正極管路和負(fù)極管路將電解質(zhì)溶液從正極電解質(zhì)溶液儲罐和負(fù)極電解質(zhì)溶液儲罐導(dǎo)入電池的正極和負(fù)極，并再返回正極電解質(zhì)溶液儲罐和負(fù)極電解質(zhì)溶液儲罐中，來實(shí)現(xiàn)整個電池系統(tǒng)中液體的循環(huán)流動。
[0003]目前，液流儲能電池在長時間、多循環(huán)運(yùn)行時存在的問題主要有以下幾個方面，正、負(fù)極離子及水的遷移、擴(kuò)散；電解質(zhì)溶液穩(wěn)定性差；正、負(fù)極電解質(zhì)溶液溫度不一致，致使兩極反應(yīng)速度差異變大，導(dǎo)致電池效率下降等。
[0004]很多研究人員在此基礎(chǔ)上做了一定的工作，大多數(shù)都是在正、負(fù)極電解質(zhì)溶液儲罐之間通過外部元件的加入從而使電解質(zhì)溶液的體積保持一致，進(jìn)而達(dá)到降低容量衰減速度的目的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型目的在于提供一種氧化還原液流電池用電解液儲罐，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]氧化還原液流電池用電解液儲罐，所述電解液儲罐為中空容器，其內(nèi)豎向設(shè)置有正負(fù)極隔板將儲罐內(nèi)分為正極腔室和負(fù)極腔室兩部分；沿任意水平面的正極腔室和負(fù)極腔室的橫截面面積均相等；隔板上設(shè)有通孔。
[0007]所述隔板上孔個數(shù)≥2。
[0008]于電解液儲罐內(nèi)裝填有電解液，隔板的上端處于電解液液面以上，處于電解液液面以下的通孔保持正極腔室和負(fù)極腔室內(nèi)電解液相互連通；處于電解液液面以下的通孔總有效面積為處于電解液液面以下的隔板面積的0.0005%-0.01%。
[0009]所述處于電解液液面以下的通孔總有效面積為處于電解液液面以下的隔板面積的優(yōu)選 0.0006%-0.005%。
[0010]所述處于電解液液面以下的通孔總有效面積為處于電解液液面以下的隔板面積的更優(yōu)選 0.0008%-0.001%。
[0011 ] 電解液儲罐和隔板材質(zhì)為PVC、PTFE, PP或PE材料。
[0012]液流電池包括全釩液流電池、全鐵液流電池、鐵鉻液流電池或鐵釩液流電池。
[0013]本實(shí)用新型提到的的“正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐”，其材質(zhì)可以為PVC、PTFE、PP> PE等任何的耐腐蝕材料制成。
[0014]電解液儲罐體積可以為大于IOmL的任意體積值；其形狀可以為任意形狀。
[0015]本發(fā)明的有益結(jié)果
[0016](I)本實(shí)用新型可以使液流電池在運(yùn)行過程中，時刻保持正、負(fù)極電解質(zhì)溶液溫度保持基本一致，降低了由于正、負(fù)極電解質(zhì)溶液溫度的差異對電池反應(yīng)產(chǎn)生的影響，進(jìn)而使電池反應(yīng)更具同步性。
[0017](2)本實(shí)用新型可以使液流電池在運(yùn)行過程中，通過濃度平衡的原理，使正、負(fù)極電解質(zhì)溶液的濃度基本保持一致，減少了由于正、負(fù)極電解質(zhì)溶液的濃差極化給電池效率帶來的影響，進(jìn)而使電池在長期運(yùn)行可以保持較穩(wěn)定的效率值。
[0018](3)本實(shí)用新型可以使液流電池在運(yùn)行過程中，通過小孔的連接，可以有效解決電池在長期運(yùn)行中出現(xiàn)的電解質(zhì)溶液體積遷移問題，正、負(fù)極電解質(zhì)溶液的液位保持基本一致，降低電池容量衰減速率。
[0019](4)本實(shí)用新型所采用的方法簡單可行，不需要加入任何的輔助元件。
[0020](5)本實(shí)用新型可以使原本的正、負(fù)極兩個電解質(zhì)溶液儲罐變?yōu)橐粋€正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐，這樣不但減少了整個電池系統(tǒng)的占地面積、節(jié)省了安裝時間，并且在一定程度上降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1示出一種傳統(tǒng)液流電池裝置，該裝置由7液流電池，3正極電解質(zhì)溶液儲罐，4負(fù)極電解質(zhì)溶液儲罐，5正極泵，6負(fù)極泵，I負(fù)極管路，2正極管路等部件組成。
[0022]圖2示出一種帶有正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐的液流電池裝置，該裝置由11液流電池，10正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐，12小孔，13隔板，8正極泵，9負(fù)極泵以及正、負(fù)極管路等部件組成。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例是對本實(shí)用新型的進(jìn)一步說明，而不是限制本實(shí)用新型的范圍。
[0024]實(shí)施例中所述的一體化電解液儲罐是一個頂端開口的方形容器，該一體化電解液儲罐由垂直于底部的隔板將一體化電解液儲罐分為沿任意水平面的正極腔室和負(fù)極腔室的橫截面面積均相等的兩部分。并且在液面以下的隔板上設(shè)有通孔，使正負(fù)極電解液保持連通。
[0025]實(shí)施例中所選用的液流電池體系為全釩氧化還原液流電池，具體說明如下:[0026]1.該電池由10節(jié)單電池組成；
[0027]2.該電池電極面積為IOOOcm2 ；
[0028]3.釩電解質(zhì)溶液濃度為1.5mol/L ；
[0029]4.電池恒流充放電的電流密度為80mA/cm2 ;
[0030]5.單節(jié)電池充放電截止電池分別為1.55V和1.0V ;
[0031]6.正、負(fù)極一體化電解液儲液罐內(nèi)各裝入40L釩電解質(zhì)溶液，液面以下隔板面積為4000cm2,液面初始高度均為80cm。
[0032]實(shí)施例1
[0033]正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為2mm2時，電池運(yùn)行200個充放電循環(huán)，記錄數(shù)據(jù)。
[0034]實(shí)施例2
[0035]正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為5mm2時，電池運(yùn)行200個充放電循環(huán)，記錄數(shù)據(jù)。
[0036]實(shí)施例3
[0037]正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為IOmm2時，電池運(yùn)行200個充放電循環(huán)，記錄數(shù)據(jù)。
[0038]實(shí)施例4
[0039]正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為15mm2時，電池運(yùn)行200個充放電循環(huán)，記錄數(shù)據(jù)。
[0040]實(shí)施例5
[0041]正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為20mm2時，電池運(yùn)行200個充放電循環(huán)，記錄數(shù)據(jù)。
[0042]實(shí)施例6
[0043]正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為25mm2時，電池運(yùn)行200個充放電循環(huán)，記錄數(shù)據(jù)。
[0044]實(shí)施例7
[0045]正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為30mm2時，電池運(yùn)行200個充放電循環(huán)，記錄數(shù)據(jù)。
[0046]實(shí)施例8
[0047]正、負(fù)極一體化電解質(zhì)溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為40mm2時，電池運(yùn)行200個充放電循環(huán)，記錄數(shù)據(jù)。
[0048]對比例I
[0049]采用傳統(tǒng)方式對電池進(jìn)行測試。結(jié)構(gòu)如圖一所示。電池運(yùn)行200個循環(huán)，記錄數(shù)據(jù)。
[0050]測試
[0051]采用Arbin BT-2000電池充放電儀器(美國Arbin公司制造)測試電池性能；采用溫度計測量正、負(fù)極電解質(zhì)溶液溫度值；采用電位滴定儀測量正、負(fù)極電解質(zhì)溶液濃度值；采用刻度尺測量正、負(fù)極電解質(zhì)溶液液面高度差。
[0052]測試結(jié)果如表一所不。[0053]說明
[0054]表一中，CE為實(shí)驗(yàn)運(yùn)行200個充放電循環(huán)內(nèi)的平均庫侖效率值；EE為實(shí)驗(yàn)運(yùn)行200個充放電循環(huán)內(nèi)的平均能量效率值；正負(fù)極電解質(zhì)溶液溫度差為實(shí)驗(yàn)運(yùn)行第200個充放電循環(huán)之后記錄值；正負(fù)極電解質(zhì)溶液物質(zhì)的量差為實(shí)驗(yàn)運(yùn)行第200個充放電循環(huán)之后記錄值；正負(fù)極電解質(zhì)溶液體積差為實(shí)驗(yàn)運(yùn)行第200個充放電循環(huán)之后記錄值。
[0055]表一
[0056]
【權(quán)利要求】
1.氧化還原液流電池用電解液儲罐，其特征在于:所述電解液儲罐為中空容器，其內(nèi)豎向設(shè)置有正負(fù)極隔板將儲罐內(nèi)分為正極腔室和負(fù)極腔室兩部分；沿任意水平面的正極腔室和負(fù)極腔室的橫截面面積均相等；隔板上設(shè)有通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液儲罐，其特征在于:所述隔板上孔個數(shù)>2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液儲罐，其特征在于:于電解液儲罐內(nèi)裝填有電解液，隔板的上端處于電解液液面以上，處于電解液液面以下的通孔保持正極腔室和負(fù)極腔室內(nèi)電解液相互連通；處于電解液液面以下的通孔總有效面積為處于電解液液面以下的隔板面積的 0.0005%-0.01%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解液儲罐，其特征在于:所述處于電解液液面以下的通孔總有效面積為處于電解液液面以下的隔板面積的優(yōu)選0.0006%-0.005%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解液儲罐，其特征在于:所述處于電解液液面以下的通孔總有效面積為處于電解液液面以下的隔板面積的更優(yōu)選0.0008%-0.001%。
【文檔編號】H01M8/02GK203674320SQ201420034398
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】史丁秦, 張華民, 李先鋒, 鐘和香, 孫佳偉 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所