一種全釩液流電池電解液的恒溫控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種全釩液流電池電解液的恒溫控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]全釩氧化還原液流電池(VRB)具有充放電可逆性高、循環(huán)壽命長、能量轉(zhuǎn)換效率高、正負極電解液無交叉污染和容易規(guī)?；葍?yōu)點。釩電池系統(tǒng)可以廣泛用于太陽能和風能發(fā)電的儲能設(shè)備、大型應(yīng)急電源系統(tǒng)、電站儲能和電力系統(tǒng)的削峰填谷，負載調(diào)平等方面。目前釩電池在國外已經(jīng)獲得了長足的發(fā)展，一些商業(yè)化示范工程也已經(jīng)建立并穩(wěn)定運行。
[0003]釩電池系統(tǒng)主要由隔膜、極板、電極、儲液罐(儲存正負極電解液)和循環(huán)泵等幾部分構(gòu)成。在釩電池中，正負極儲液罐中為不同價態(tài)的釩離子溶液。其中正極為V4+/V5+電對，負極為V2+/V3+電對。工作時，正負極溶液通過泵導入電池中并在電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，電池正負極之間以離子交換膜隔開，充放電時電池內(nèi)部通過電解液中的陽離子定向迀移而導通。
[0004]M.Skyllas-Kazacos等的研宄表明，高濃度的釩正極電解液具有不穩(wěn)定性，V5+在高溫下(長時間超出40度)會有部分結(jié)晶析出，充滿電荷的狀態(tài)下長期儲存在較高的溫度時，V5+的晶體化合物從溶液中緩慢沉淀下來，附在碳氈上并堵塞泵的循環(huán)，降低釩電池的充放電效率，甚至導致電池無法正常工作，因此目前釩電池體系中所使用的釩離子的最佳濃度均小于2.0mol/Lo
[0005]然而，目前該領(lǐng)域的研宄大多是針對電解液本身的穩(wěn)定性進行的研宄，對于溫度對釩電池的實際性能影響，目前并無報道。在釩電池中由于存在著正負極電極液的交叉滲透，反應(yīng)過程中會涉及到熱反應(yīng)，溫度的變化不僅會影響電解液本身的穩(wěn)定性，更會對電極活性物質(zhì)在電極上的電化學反應(yīng)產(chǎn)生影響，從而最終影響到電池的性能。而且隨溫度升高，電池材料腐蝕及不可逆的破壞性副反應(yīng)產(chǎn)生的速度加快，對電池的密封以及防腐等要求更嚴格，這些都會對釩電池的壽命產(chǎn)生影響。因此，急需一種能夠合理控制釩電池電解液運行溫度的裝置，從而減小電解液溫度升高對釩電池充放電電壓、庫侖效率、能量效率和自放電等電池性能指標的負面影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的是提供一種全釩液流電池電解液的恒溫控制裝置，其能夠控制釩電池電解液運行過程中的溫度保持在理想范圍內(nèi)，從而減小電解液升溫過高對釩電池充放電電壓、庫侖效率、能量效率和自放電等電池性能指標的負面影響。
[0007]為達到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種全釩液流電池電解液的恒溫控制裝置，其通過采用空氣源熱泵制熱和制冷技術(shù)來控制電解液的溫度，使其保持在合理范圍內(nèi)。
[0009]如上所述的恒溫控制裝置，其特征在于:主要包括電解液儲存罐入口、電解液儲存罐、電解液、電解液儲存罐出口、溫度傳感器、連接管件、水泵、空氣源熱泵機組入口、空氣源熱泵機組、空氣源熱泵機組出口、通信控制線、控制器。其中，電解液放置在電解液儲存罐里面，空氣源熱泵機組入口通過連接管件連接到電解液儲存罐出口，空氣源熱泵機組出口通過連接管件連接到電解液儲存罐入口，形成一個循環(huán)回路。同時在空氣源熱泵機組入口和電解液儲存罐出口之間的連接管件上安裝有水泵，從而帶動電解液在空氣源熱泵機組和電解液儲存罐之間循環(huán)。另外，在電解液儲存罐出口處安裝一個溫度傳感器，以便隨時監(jiān)測電解液溫度?？刂破魍ㄟ^通信控制線安裝在溫度傳感器和空氣源熱泵機組之間，從而控制空氣源熱泵機組進行制冷降溫或者制熱升溫，以此確保電解液溫度保持在設(shè)定的合理范圍內(nèi)。
[0010]本實用新型通過采用上述原理和結(jié)構(gòu)，能夠確保電解液溫度保持在設(shè)定的合理范圍內(nèi)，從而減小電解液溫度升高對釩電池充放電電壓、庫侖效率、能量效率和自放電等電池性能指標的負面影響。
【附圖說明】
[0011 ] 附圖是一種全釩液流電池電解液的恒溫控制裝置示意圖。
[0012]1-電解液儲存罐入口 ；2_電解液儲存罐；3_電解液；4_電解液儲存罐出口 ；5_溫度傳感器；6_連接管件；7-水泵；8_空氣源熱泵機組入口 ；9_空氣源熱泵機組；10-空氣源熱泵機組出口 ；11_通信控制線；12_控制器。
[0013]現(xiàn)結(jié)合說明書附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
【具體實施方式】
[0014]如附圖所示，本實用新型所述的一種全釩液流電池電解液的恒溫控制裝置，主要包括電解液儲存罐入口( I)、電解液儲存罐(2 )、電解液(3 )、電解液儲存罐出口( 4 )、溫度傳感器(5)、連接管件(6)、水泵(7)、空氣源熱泵機組入口(8)、空氣源熱泵機組(9)、空氣源熱泵機組出口(10)、通信控制線(11)、控制器(12)。其中，電解液(3)放置在電解液儲存罐(2)里面，空氣源熱泵機組入口(8)通過連接管件(6)連接到電解液儲存罐出口(4)，空氣源熱泵機組出口(10)通過連接管件(6)連接到電解液儲存罐入口(1)，形成一個循環(huán)回路。同時在空氣源熱泵機組入口(8)和電解液儲存罐出口(4)之間的連接管件(6)上安裝有水泵
(7)，從而帶動電解液在空氣源熱泵機組和電解液儲存罐之間循環(huán)。另外，在電解液儲存罐出口(4)處安裝一個溫度傳感器(5)，以便隨時監(jiān)測電解液溫度。控制器(12)通過通信控制線(11)安裝在溫度傳感器(5)和空氣源熱泵機組(9)之間，從而控制空氣源熱泵機組進行制冷降溫或者制熱升溫，以此確保電解液溫度保持在設(shè)定的合理范圍內(nèi)。
[0015]當釩電池工作時，由于氧化還原反應(yīng)，電解液(3)溫度會持續(xù)上升。當溫度超出設(shè)定的電解液(3 )溫度范圍時，控制器(12 )會啟動空氣源熱泵機組(9 )進行相應(yīng)制冷，從而使電解液(3)溫度回歸到設(shè)定的電解液(3)溫度范圍內(nèi)。
[0016]利用自行組裝的實驗室用全釩液流電池，考察了 25?45°C范圍內(nèi)電解液(3)溫度對釩電池充放電電壓、庫侖效率、能量效率和自放電性能的影響，并對其影響機理進行了初步研宄和討論。結(jié)果表明，隨著電解液(3)溫度的升高:
[0017](一)釩電池的平均庫侖效率從25°C時的90.7%降到了 45°C的87.4% ；
[0018](二)電池的能量效率從25°C的81.6%降到了 45 °C的78.8% ；
[0019](三)溫度對電池自放電性能的影響尤為明顯，在25°C時，電池的開路電壓保持在0.8V以上的時間為27h，而在45°C則只能保持16h。
[0020]電池的放電容量、充電電壓和放電電壓均隨著電解液(3 )溫度的升高而降低。造成這種結(jié)果的原因主要是隨著電解液(3)溫度升高，電解液(3)活性物質(zhì)的電極反應(yīng)可逆性增加，極化減小，因此電池充電時高溫時的電壓曲線要比低溫低；但由于電解液(3)溫度升高時，離子的擴散性同時增加，這就造成了通過離子交換膜交叉滲透的釩離子的數(shù)量增加，因此高溫時電池的庫侖效率要低于低溫時電池的庫侖效率。同時，由于高溫時離子滲透增加，造成正負極電解液(3)離子交叉滲透加劇，電極活性物質(zhì)濃度減少，因此放電電壓降低。
[0021]本實用新型所述的一種全釩液流電池電解液的恒溫控制裝置，可廣泛應(yīng)用于各種大規(guī)模儲能的場合，尤其是光伏發(fā)電和風力發(fā)電等新能源領(lǐng)域，可進一步延長全釩液流電池的整體壽命長并提升電池工作效率。
[0022]對于本實用新型領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及變形，對所有的這些改變以及變形都應(yīng)該屬于本發(fā)明要求的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種全釩液流電池電解液的恒溫控制裝置，其特征在于:主要包括電解液儲存罐入口( I)、電解液儲存罐(2)、電解液(3)、電解液儲存罐出口(4)、溫度傳感器(5)、連接管件(6)、水泵(7)、空氣源熱泵機組入口(8)、空氣源熱泵機組(9)、空氣源熱泵機組出口(10)、通信控制線(11)、控制器(12);其中，電解液(3)放置在電解液儲存罐(2)里面，空氣源熱泵機組入口(8)通過連接管件(6)連接到電解液儲存罐出口(4)，空氣源熱泵機組出口(10)通過連接管件(6)連接到電解液儲存罐入口(1)，形成一個循環(huán)回路；同時在空氣源熱泵機組入口(8)和電解液儲存罐出口(4)之間的連接管件(6)上安裝有水泵(7);另外，在電解液儲存罐出口( 4 )處安裝一個溫度傳感器(5 );控制器(12 )通過通信控制線(11)安裝在溫度傳感器(5)和空氣源熱泵機組(9)之間。
【專利摘要】本實用新型公開了一種全釩液流電池電解液的恒溫控制裝置，其包括電解液儲存罐入口、電解液儲存罐、電解液、電解液儲存罐出口、溫度傳感器、連接管件、水泵、空氣源熱泵機組入口、空氣源熱泵機組、空氣源熱泵機組出口、通信控制線、控制器。其中，電解液放置在電解液儲存罐里面，空氣源熱泵機組入口通過連接管件連接到電解液儲存罐出口，空氣源熱泵機組出口通過連接管件連接到電解液儲存罐入口。同時在空氣源熱泵機組入口和電解液儲存罐出口之間的連接管件上安裝有水泵。另外，在電解液儲存罐出口處安裝一個溫度傳感器?？刂破魍ㄟ^通信控制線安裝在溫度傳感器和空氣源熱泵機組之間。該裝置可減小電解液溫度升高對釩電池性能指標的負面影響。
【IPC分類】H01M8-04, H01M8-18
【公開號】CN204577514
【申請?zhí)枴緾N201520209868
【發(fā)明人】任鳳, 陳殿磊, 吳艷民
【申請人】深圳市萬越新能源科技有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月9日