[實用新型]一種分配管外置的液流電池堆

有效

• 申請號: 201220384763.7
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN202888318U
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 胡里清;胡卓能
• 申請（專利權）人: 上海神力科技有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本實用新型涉及一種新能源技術領域，尤其是涉及一種分配管外置的液流電池堆。

背景技術

利用風能、太陽能等可再生能源發電是人類將來利用新能源發電的最主要的方式。由于風能、太陽能發電過程受自然因素如天氣等影響，具有隨機性、不連續特點，難于保持穩定的電能輸出，需要和一定規模的電能儲存裝置相配合，構成完整的供電系統，保證持續穩定的電能供應。因此，開發電能轉化效率高、儲存容量大、經濟性能好的儲能系統成為利用新能源發電的技術關鍵。在與各種形式的儲能技術，例如蓄水儲能電站、高速飛輪機械儲能、超導儲能等相比較，電化學儲能具有能量轉化效率高，可移動性強等特點，在各類儲能技術中有獨特的優勢。在各種電化學儲能技術中，液流電池系統具有大容量電能儲存與高效轉化功能，以及使用壽命長、環保、安全的特點，易于和風能、太陽能發電相匹配，可以大幅度降低設備造價，為新能源發電提供技術保證。用于電網系統儲能，適合于中等規模廠礦企業、賓館飯店、政府部門的不間斷電源使用，能夠有效改善電網供電質量，完成電網的“移峰填谷”作用。

全釩液流電池(Vanadium?Redox?Battery，VRB)是一種新型化學電源，通過不同價態的釩離子相互轉化實現電能的儲存與釋放，使用同種釩元素組成電池系統，從原理上避免了正負半電池間不同種類活性物質相互滲透產生的交叉污染。(圖1)使用溶解在電解液中不同價態釩離子作為電池正極和負極活性物質，正極電解液和負極電解液分開儲存，從原理上避免電池儲存過程自放電現象，適合于大規模儲能過程應用。正極電解液儲槽B和負極電解液儲槽A通過磁力泵D為全釩液流電池的正極E和負極E提供電解液，正極E和負極E’通過離子交換膜G隔開，為電源負載C供電。當風能、太陽能發電裝置的功率超過額定輸出功率時，通過對液流電池的充電，將電能轉化為化學能儲存在不同價態的離子對中；當發電裝置不能滿足額定輸出功率時，液流電池開始放電，把儲存的化學能轉化為電能，保證穩定電功率輸出。由于液流電池對于風能、太陽能等可再生能源發電過程的重要意義，作為關鍵技術在國內外得到普遍關注。

全釩液流電池充電/放電運行過程，電極上將發生以下氧化還原反應。

正極反應：

負極反應：

由于正極電解液和負極電解液分別處于氧化性價態和還原性價態，無論是在電堆內部的充電/放電運行過程，還是電解液輸送過程，需要保持正極電解液和負極電解液不發生混合，否則不同價態的釩離子間彼此交換電子產生自放電現象，嚴重影響電池效率。通常情況，兩種電解液輸送管路、輸送泵，以及儲存容器容易實現彼此獨立，不產生正極電解液和負極電解液混合問題。然而，電解液在電堆內部流動過程以及流過存儲容器的流動過程，存在三種引起正極、負極電解液混合或自放電現象。1)穿過離子交換膜的混合：當離子交換膜對于釩離子阻擋性能欠佳時，電池充電/放電運行過程伴隨氫離子遷移，釩離子發生跨膜滲透；可以通過選擇合適的膜材料，提高對釩離子/氫離子選擇性，解決釩離子跨膜滲透問題。2)穿過電堆密封結構的混合：兩種電解液需要同時穿過同一個界面，并分配到電極表面進行電化學反應。電堆密封要保證電解液既不能泄漏到電堆外部，又要確保電堆內部彼此間不串液，特別是在同一個平面上實現離子交換膜和兩種電解液同時密封，往往十分困難。現有液流電池技術(中國專利公開號：1531761A，1515046A)采用O型密封環同時壓接隔膜和密封電解液方式，進行電堆密封，取得一定效果。然而，該電堆結構密封方式嚴重依賴于電池板框加工精度和密封材料性能，在長期使用過程中往往因溫度變化、離子交換膜尺寸變化等因素，引起兩種電解液從密封部位泄漏，產生混合后的自放電問題。3)通過電解液供給各單電池時存在其用電解液進出口總管道，或叫公共管道，導致各電池內部產生旁路電流，導致電池自放電，并造成電池容量部分損失。

為了解決現有液流電池的電堆內部三種電解液從密封部位泄漏、交叉泄漏與減少通過電解液自放電問題，避免電解液交義污染，減少通過電解液自放電，提高庫侖效率。專利申請20091007843.2公開了一種液流電池，其正負液流板框及其內框均為正方形或矩形，正負液流框板下部一角設置進液孔，另一角設置過液孔，上部一角設置出液孔，另一角設置過液孔，正、負液流板框上部和下部分別設有進液支路流道和出液支路流道，進液支路流道和出液支路流道均勻由三條長直槽首尾迂回連接構成，成倍增加了進出液支路流道的長度，從而成倍增加了電解液進、出液支路流道的電阻，因而成倍降低了液流電池自放電電流，大大提高了液流電池的能量效率。