氧化還原液流電池用電解液儲罐的製作方法
2023-05-11 14:37:01 2
氧化還原液流電池用電解液儲罐的製作方法
【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，其內豎向設置有正負極隔板將儲罐內分為互不連通的正極腔室和負極腔室兩部分；沿任意水平面的正極腔室和負極腔室的橫截面面積均相等；隔板上設有通孔。本實用新型可以使液流電池在運行過程中，時刻保持正、負極電解質溶液溫度保持基本一致，降低了由於正、負極電解質溶液溫度的差異對電池反應產生的影響，進而使電池反應更具同步性。
【專利說明】氧化還原液流電池用電解液儲罐
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用於液流儲能電池的電解質溶液儲罐，更具體而言，本實用新型提供一種液流儲能電池電解質溶液儲罐的設計方法。
【背景技術】[0002]隨著國民經濟快速發展，能源短缺和環境汙染的現狀日趨嚴峻，能源、資源和環境保護間的矛盾也日益突出。為實現可持續發展，調整當前電力能源結構，開發規模化利用風能、太陽能等可再生清潔能源，已經成為我國電力能源發展的基本國策。風能、太陽能等可再生能源發電過程具有不穩定和不連續的特點，需要配備蓄電儲能裝置，才能實現連續、穩定的電能輸出，避免對局部電網產生衝擊而引發的大規模惡性事故。液流儲能電池(RedoxFlow Battery，簡稱RFB)由於具有系統容量和功率相互獨立可調、響應迅速，安全可靠，循環壽命長，操作維護簡單，環境友好等突出優勢而成為可再生能源發電，電網削峰填谷，應急及備用電站等規模化儲能中最有發展前景的技術之一。以全鑰;液流電池(VanadiumRedox Flow Battery,VRFB)為代表的規模化蓄電儲能裝置近年來得到快速發展,逐步進入大規模示範階段。在現有的電網系統中，通過大規模蓄電儲能實現「削峰填谷」作用，能夠緩和電力供需矛盾，提高發電設備利用率，降低火力發電能耗。通常液流電池系統由電池、正極管路、正極電解質溶液儲罐、正極泵、負極管路、負極電解質溶液儲罐、負極泵等主要部件組成。通過正極泵和負極泵經正極管路和負極管路將電解質溶液從正極電解質溶液儲罐和負極電解質溶液儲罐導入電池的正極和負極，並再返回正極電解質溶液儲罐和負極電解質溶液儲罐中，來實現整個電池系統中液體的循環流動。
[0003]目前，液流儲能電池在長時間、多循環運行時存在的問題主要有以下幾個方面，正、負極離子及水的遷移、擴散；電解質溶液穩定性差；正、負極電解質溶液溫度不一致，致使兩極反應速度差異變大，導致電池效率下降等。
[0004]很多研究人員在此基礎上做了一定的工作，大多數都是在正、負極電解質溶液儲罐之間通過外部元件的加入從而使電解質溶液的體積保持一致，進而達到降低容量衰減速度的目的。
實用新型內容
[0005]本實用新型目的在於提供一種氧化還原液流電池用電解液儲罐，為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下:
[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，其內豎向設置有正負極隔板將儲罐內分為正極腔室和負極腔室兩部分；沿任意水平面的正極腔室和負極腔室的橫截面面積均相等；隔板上設有通孔。
[0007]所述隔板上孔個數≥2。
[0008]於電解液儲罐內裝填有電解液，隔板的上端處於電解液液面以上，處於電解液液面以下的通孔保持正極腔室和負極腔室內電解液相互連通；處於電解液液面以下的通孔總有效面積為處於電解液液面以下的隔板面積的0.0005%-0.01%。
[0009]所述處於電解液液面以下的通孔總有效面積為處於電解液液面以下的隔板面積的優選 0.0006%-0.005%。
[0010]所述處於電解液液面以下的通孔總有效面積為處於電解液液面以下的隔板面積的更優選 0.0008%-0.001%。
[0011 ] 電解液儲罐和隔板材質為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]本實用新型提到的的「正、負極一體化電解質溶液儲罐」，其材質可以為PVC、PTFE、PP> PE等任何的耐腐蝕材料製成。
[0014]電解液儲罐體積可以為大於IOmL的任意體積值；其形狀可以為任意形狀。
[0015]本發明的有益結果
[0016](I)本實用新型可以使液流電池在運行過程中，時刻保持正、負極電解質溶液溫度保持基本一致，降低了由於正、負極電解質溶液溫度的差異對電池反應產生的影響，進而使電池反應更具同步性。
[0017](2)本實用新型可以使液流電池在運行過程中，通過濃度平衡的原理，使正、負極電解質溶液的濃度基本保持一致，減少了由於正、負極電解質溶液的濃差極化給電池效率帶來的影響，進而使電池在長期運行可以保持較穩定的效率值。
[0018](3)本實用新型可以使液流電池在運行過程中，通過小孔的連接，可以有效解決電池在長期運行中出現的電解質溶液體積遷移問題，正、負極電解質溶液的液位保持基本一致，降低電池容量衰減速率。
[0019](4)本實用新型所採用的方法簡單可行，不需要加入任何的輔助元件。
[0020](5)本實用新型可以使原本的正、負極兩個電解質溶液儲罐變為一個正、負極一體化電解質溶液儲罐，這樣不但減少了整個電池系統的佔地面積、節省了安裝時間，並且在一定程度上降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1示出一種傳統液流電池裝置，該裝置由7液流電池，3正極電解質溶液儲罐，4負極電解質溶液儲罐，5正極泵，6負極泵，I負極管路，2正極管路等部件組成。
[0022]圖2示出一種帶有正、負極一體化電解質溶液儲罐的液流電池裝置，該裝置由11液流電池，10正、負極一體化電解質溶液儲罐，12小孔，13隔板，8正極泵，9負極泵以及正、負極管路等部件組成。
【具體實施方式】
[0023]實施例是對本實用新型的進一步說明，而不是限制本實用新型的範圍。
[0024]實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於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極腔室的橫截面面積均相等的兩部分。並且在液面以下的隔板上設有通孔，使正負極電解液保持連通。
[0025]實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節單電池組成；
[0027]2.該電池電極面積為IOOOcm2 ；
[0028]3.釩電解質溶液濃度為1.5mol/L ；
[0029]4.電池恆流充放電的電流密度為80mA/cm2 ;
[0030]5.單節電池充放電截止電池分別為1.55V和1.0V ;
[0031]6.正、負極一體化電解液儲液罐內各裝入40L釩電解質溶液，液面以下隔板面積為4000cm2,液面初始高度均為80cm。
[0032]實施例1
[0033]正、負極一體化電解質溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為2mm2時，電池運行200個充放電循環，記錄數據。
[0034]實施例2
[0035]正、負極一體化電解質溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為5mm2時，電池運行200個充放電循環，記錄數據。
[0036]實施例3
[0037]正、負極一體化電解質溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為IOmm2時，電池運行200個充放電循環，記錄數據。
[0038]實施例4
[0039]正、負極一體化電解質溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為15mm2時，電池運行200個充放電循環，記錄數據。
[0040]實施例5
[0041]正、負極一體化電解質溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為20mm2時，電池運行200個充放電循環，記錄數據。
[0042]實施例6
[0043]正、負極一體化電解質溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為25mm2時，電池運行200個充放電循環，記錄數據。
[0044]實施例7
[0045]正、負極一體化電解質溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為30mm2時，電池運行200個充放電循環，記錄數據。
[0046]實施例8
[0047]正、負極一體化電解質溶液儲罐隔板上小孔的有效面積為40mm2時，電池運行200個充放電循環，記錄數據。
[0048]對比例I
[0049]採用傳統方式對電池進行測試。結構如圖一所示。電池運行200個循環，記錄數據。
[0050]測試
[0051]採用Arbin BT-2000電池充放電儀器(美國Arbin公司製造)測試電池性能；採用溫度計測量正、負極電解質溶液溫度值；採用電位滴定儀測量正、負極電解質溶液濃度值；採用刻度尺測量正、負極電解質溶液液面高度差。
[0052]測試結果如表一所不。[0053]說明
[0054]表一中，CE為實驗運行200個充放電循環內的平均庫侖效率值；EE為實驗運行200個充放電循環內的平均能量效率值；正負極電解質溶液溫度差為實驗運行第200個充放電循環之後記錄值；正負極電解質溶液物質的量差為實驗運行第200個充放電循環之後記錄值；正負極電解質溶液體積差為實驗運行第200個充放電循環之後記錄值。
[0055]表一
[0056]
【權利要求】
1.氧化還原液流電池用電解液儲罐，其特徵在於:所述電解液儲罐為中空容器，其內豎向設置有正負極隔板將儲罐內分為正極腔室和負極腔室兩部分；沿任意水平面的正極腔室和負極腔室的橫截面面積均相等；隔板上設有通孔。
2.根據權利要求1所述的電解液儲罐，其特徵在於:所述隔板上孔個數>2。
3.根據權利要求1所述的電解液儲罐，其特徵在於:於電解液儲罐內裝填有電解液，隔板的上端處於電解液液面以上，處於電解液液面以下的通孔保持正極腔室和負極腔室內電解液相互連通；處於電解液液面以下的通孔總有效面積為處於電解液液面以下的隔板面積的 0.0005%-0.01%。
4.根據權利要求3所述的電解液儲罐，其特徵在於:所述處於電解液液面以下的通孔總有效面積為處於電解液液面以下的隔板面積的優選0.0006%-0.005%。
5.根據權利要求3所述的電解液儲罐，其特徵在於:所述處於電解液液面以下的通孔總有效面積為處於電解液液面以下的隔板面積的更優選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 優先權日:2013年5月9日
【發明者】史丁秦, 張華民, 李先鋒, 鍾和香, 孫佳偉 申請人:中國科學院大連化學物理研究所