本發(fā)明涉及一種氧化還原液流電池，還涉及一種延緩電池容量衰減的方法。

背景技術(shù)：

能源是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和國家安全的重要基礎(chǔ)，電力作為清潔便利的二次能源利用形式，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，需求量日益增加?；茉吹拇罅肯乃斐傻沫h(huán)境壓力日益突出，研究開發(fā)和大規(guī)模利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源，實現(xiàn)節(jié)能減排以及能源多樣化成為世界各國能源安全和可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)具有不連續(xù)、不穩(wěn)定的非穩(wěn)態(tài)特征，大規(guī)模高效儲能技術(shù)是解決這一問題的關(guān)鍵技術(shù)。液流儲能電池是一種大規(guī)模高效電化學(xué)儲能裝置，相比于其他儲能技術(shù)具有能量轉(zhuǎn)換效率高，蓄電容量大，系統(tǒng)設(shè)計靈活，可靠性高，可深度放電，以及運行維護費用低和環(huán)境友好等優(yōu)點。尤其是其容量與功率可獨立設(shè)計的特點，非常適合發(fā)展大規(guī)模儲能，在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、軍用蓄電、市政交通、通訊基站、UPS電源等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

全釩氧化還原液流電池作為最具有商業(yè)化潛力的電化學(xué)儲能技術(shù)，其采用離子交換膜將正極和負極隔開，通過正極和負極各自閉合的循環(huán)管路，用循環(huán)泵使得電解液儲罐中的電解液流入電池中的電極表面，利用正負極電解液中不同價態(tài)的金屬釩離子之間的相互轉(zhuǎn)化，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。但在電池實際運行過程中，由于正負極各自的離子以及水可以通過離子交換膜發(fā)生遷移，導(dǎo)致兩極電解液的離子濃度和體積不平衡，進而造成電池容量衰減，效率下降。

US6764789提供了兩種緩解電池容量衰減的方法，分別是電解液批處理法以及溢流法；氧化還原液流電池和使電池長時間持續(xù)運行的方法(申請?zhí)枺?00910210176.9)提出將正負極電解液液面以下部分用管路連通的方法。其中批處理方法需要在電池運行多個循環(huán)后，外加電能(如泵)將電解液體積多的一極的電解液抽出，并轉(zhuǎn)移到另一極電解液儲罐中，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和后期維護費用，降低了系統(tǒng)效率；而另外兩種方法都是采用連通器的原理，利用重力使兩極電解液儲罐中的電解液實現(xiàn)再平衡。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于延緩因離子和水的遷移造成的正負極兩側(cè)電解液的失衡，抑制容量衰減。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種氧化還原液流電池，其包括正極循環(huán)泵、正極管路、負極循環(huán)泵、負極管路、裝填有電解液的正極電解液儲罐和裝填有電解液的負極電解液儲罐，所述正極電解液儲罐和負極電解液儲罐之間通過兩端開口、內(nèi)部充滿電解液的導(dǎo)管相連通，導(dǎo)管的兩端分別位于正極電解液儲罐和負極電解液儲罐的電解液液面之下，導(dǎo)管中的一部份處于正極電解液儲罐和負極電解液儲罐的電解液液面之上。充滿電解液的導(dǎo)管與正極電解液儲罐和負極電解液儲罐間構(gòu)成虹吸結(jié)構(gòu)，保持正、負極電解液儲罐內(nèi)的電解液時時連通。

所述的氧化還原液流電池中導(dǎo)管的等效直徑為0.1mm-8mm，其中等效直徑定義為4倍的過流斷面的面積與過流斷面上流體與固體接觸的周長的比值。

所述導(dǎo)管的個數(shù)為1根或2根以上。

所述導(dǎo)管處于正極電解液儲罐和負極電解液儲罐的電解液液面之上部份的壁上開設(shè)有注液孔，并于注液孔處裝有閥門。

所述氧化還原液流電池的正極電解液儲罐經(jīng)正極循環(huán)泵通過正極管路與電池正極入口連接，電池正極出口連接經(jīng)正極管路與正極電解液儲罐相連接；負極電解液儲罐經(jīng)負極循環(huán)泵通過負極管路與電池負極入口連接，電池負極出口連接經(jīng)負極管路與負極電解液儲罐相連接。

上述的氧化還原液流電池是全釩氧化還原液流電池。

上述的氧化還原液流電池，其在應(yīng)用中可延緩氧化還原液流電池容量衰減。

具體實施方式

本發(fā)明所提供的一種氧化還原液流電池，其包括正極循環(huán)泵、正極管路、負極循環(huán)泵、負極管路、 正極電解液儲罐和負極電解液儲罐，其中正極電解液儲罐和負極電解液儲罐放置于同一水平面上。正極電解液儲罐和負極電解液儲罐之間通過兩端開口、內(nèi)部充滿電解液，等效直徑在0.1mm～8mm之間，個數(shù)不小于1根的導(dǎo)管相連通，導(dǎo)管的兩端分別位于正極電解液儲罐和負極電解液儲罐的電解液液面之下，導(dǎo)管中的一部份處于正極電解液儲罐和負極電解液儲罐的電解液液面之上。

在本發(fā)明的優(yōu)選例中，導(dǎo)管位于正極電解液儲罐和負極電解液儲罐的電解液液面以上，并且可以水平放置，也可在空間上傾斜一定角度?？紤]到電解液儲罐的密封，導(dǎo)管可以從電解液儲罐的上壁伸出，也可以從電解液儲罐的側(cè)壁伸出；導(dǎo)管與儲罐壁之間的連接方式也沒有限制，以不泄漏電解液為準(zhǔn)，可以是法蘭連接，也可以用膠粘接。總之，可以遵從當(dāng)時、當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境以及施工條件選擇恰當(dāng)?shù)倪B接方式。

本發(fā)明采用虹吸原理連接正極電解液儲罐和負極電解液儲罐中的電解液，使之能自動完成平衡的過程，能長時間保持液面高度幾乎相同。在多次充放電循環(huán)后，兩側(cè)活性物質(zhì)會在離子交換膜兩側(cè)出現(xiàn)遷移，造成濃度差。該濃度差成為導(dǎo)管內(nèi)離子遷移的動力，濃度高的一側(cè)離子向濃度低的一側(cè)遷移，從而保證了正、負極電解液中活性物質(zhì)的平衡。

導(dǎo)管應(yīng)選用耐電解液腐蝕的材料制成，不限制為硬性材料，優(yōu)選能夠耐電解液腐蝕的高分子材料，如聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、氯化聚丙烯、氯化聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醇、聚砜、聚醚砜、聚醚、聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、砸萘聯(lián)苯聚醚酮、聚苯并咪唑、聚苯乙烯、聚異丁烯、聚丙烯腈中的一種或多種材料組合制成。

本發(fā)明還提供一種延緩氧化還原液流電池容量衰減的方法，該方法中的氧化還原電池包括正極循環(huán)泵、正極管路、負極循環(huán)泵、負極管路、正極電解液儲罐和負極電解液儲罐，其中正極電解液儲罐和負極電解液儲罐放置于同一水平面上。正極電解液儲罐和負極電解液儲罐之間通過兩端開口、內(nèi)部充滿電解液，等效直徑在0.1mm～8mm之間，個數(shù)不小于1根的導(dǎo)管相連通，導(dǎo)管的兩端分別位于正極電解液儲罐和負極電解液儲罐的電解液液面之下，導(dǎo)管中的一部份處于正極電解液儲罐和負極電解液儲罐的電解液液面之上。

在該方法的優(yōu)選例中，導(dǎo)管位于正極電解液儲罐和負極電解液儲罐的電解液液面以上，并且可以水平放置，也可在空間上傾斜一定角度。考慮到電解液儲罐的密封，導(dǎo)管可以從電解液儲罐的上壁伸出，也可以從電解液儲罐的側(cè)壁伸出；導(dǎo)管與儲罐壁之間的連接方式也沒有限制，以不泄漏電解液為準(zhǔn)，可以是法蘭連接，也可以用膠粘接。總之，可以遵從當(dāng)時、當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境以及施工條件選擇恰當(dāng)?shù)倪B接方式。

所述延緩氧化還原液流電池容量衰減的方法采用虹吸原理連接正極電解液儲罐和負極電解液儲罐中的電解液，使之能自動完成平衡的過程，能長時間保持液面高度幾乎相同。在多次充放電循環(huán)后，兩側(cè)活性物質(zhì)會在離子交換膜兩側(cè)出現(xiàn)遷移，造成濃度差。該濃度差成為導(dǎo)管內(nèi)離子遷移的動力，濃度高的一側(cè)離子向濃度低的一側(cè)遷移，從而保證了正、負極電解液中活性物質(zhì)的平衡。

該方法中的導(dǎo)管應(yīng)選用耐電解液腐蝕的材料制成，不限制為硬性材料，優(yōu)選能夠耐電解液腐蝕的高分子材料，如聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、氯化聚丙烯、氯化聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醇、聚砜、聚醚砜、聚醚、聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、砸萘聯(lián)苯聚醚酮、聚苯并咪唑、聚苯乙烯、聚異丁烯、聚丙烯腈中的一種或多種材料組合制成。

實施例

以本發(fā)明提出的氧化還原液流電池為例，詳細的說明本發(fā)明介紹的電池以及方法，氧化還原液流電池其由10節(jié)單電池組裝而成，每節(jié)電池之間采用雙極板進行電路連接，電極面積875cm 2，用非氟離子交換膜，電解液釩離子濃度為1.5mol/L，充放電電流密度80mA/cm2，充電截止電壓和放電截止電壓分別為15.5V和10V，電解液體積30L，初始電解液液面相平，導(dǎo)管內(nèi)徑3mm，長度150cm。