[發(fā)明專利]一種氧化還原液流電池系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310169708.5
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN104143651A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 史丁秦;張華民;李先鋒;段寅琦;劉鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/20
• 分類號: H01M8/20;H01M8/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化還原液流電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著全球非可再生能源的不斷開采，引發(fā)了巨大的能源枯竭和環(huán)境污染的問題，為了環(huán)節(jié)和解決能源危機這一重大問題，可再生能源的開發(fā)和使用已經(jīng)迫在眉睫。目前風能、太陽能等可再生能源的已經(jīng)進入大規(guī)模開發(fā)階段，但是由于風能、太陽能等可再生能源的不穩(wěn)定性，對電網(wǎng)造成了巨大的沖擊，嚴重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。因此，研究和開發(fā)高效率、低成本、高穩(wěn)定性的大容量的儲能系統(tǒng)來將不穩(wěn)定的風能、太陽能等可再生能源儲存，然后穩(wěn)定的供給電網(wǎng)，穩(wěn)定電網(wǎng)輸出。在眾多的儲能系統(tǒng)中，氧化還原液流電池系統(tǒng)具有電池與容量獨立設計性、無固相反應、價格便宜、高穩(wěn)定性、高可靠性、維護簡單、維護費用低等優(yōu)點，所以近些年，氧化還原液流電池得到了迅猛的發(fā)展。

在氧化還原液流電池中，全釩氧化還原液流電池（Vanadium?Redox?Flow?Battery）得到了更多的關(guān)注，由于其以不同價態(tài)的釩離子形式存在于硫酸溶液中，通過外接泵將釩離子硫酸溶液壓入電池中，并且在每個半電池內(nèi)形成循環(huán)的閉合回路。正、負半電池之間通過離子交換膜隔開，釩離子硫酸溶液平行流過電極，通過雙電極板收集和傳導電流，進而使儲存在釩離子硫酸溶液中的化學能轉(zhuǎn)化為電能。

傳統(tǒng)組成氧化還原液流電池系統(tǒng)的電池在組裝過程中，一般采用兩種類型的離子交換膜作為電堆的隔膜：其中一種是陽離子交換膜，這種膜在電池進行長期充放電循環(huán)后，系統(tǒng)的電解質(zhì)溶液的體積會從負極遷向正極，并且正、負極電解質(zhì)溶液的濃度也會產(chǎn)生一定的變化；另外一種是陰離子交換膜，這種膜在電池進行長期充放電循環(huán)后，系統(tǒng)的電解質(zhì)溶液的體積會從正極遷向負極，并且正、負極電解質(zhì)溶液的濃度也會產(chǎn)生一定的變化；所以無論是哪一種單一的離子交換膜都不能完全的阻止離子和水的遷移，致使正、負極溶液的濃度和體積都會出現(xiàn)一定的差距，這也嚴重的影響了電池系統(tǒng)的效率和電解質(zhì)溶液的利用率。

為了解決這個問題，大多傳統(tǒng)的做法需要在電池系統(tǒng)充放電循環(huán)一段時間后，互混正、負極電解質(zhì)溶液，使系統(tǒng)的電解質(zhì)溶液恢復到接近最初的狀態(tài)。這個過程不但比較繁瑣，并且要消耗額外的電能和人力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于解決由于電池系統(tǒng)長期充放電循環(huán)帶來的正、負極電解質(zhì)溶液濃度和體積的變化，改善電池的效率和電解質(zhì)溶液的利用率，同時也盡可能的降低由于互混正、負極電解質(zhì)溶液所消耗額外的電能和人力。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案，

一種氧化還原液流電池系統(tǒng)，包括由陽離子膜電堆、陰離子膜電堆、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；

正極電解液儲罐中的電解液經(jīng)正極循環(huán)泵通過正極管路與陽離子膜電堆和陰離子膜電堆的正極入口和出口相連；

負極電解液儲罐中的電解液經(jīng)負極循環(huán)泵通過負極管路與陽離子膜電堆和陰離子膜電堆的負極入口和出口相連。

所述陽離子膜電堆由2個以上采用離子膜作隔膜的單電池串聯(lián)而成；所述陰離子膜電堆由2個以上采用陰離子膜作隔膜的單電池串聯(lián)而成。

電堆中單電池節(jié)數(shù)為2～100。

所述電池系統(tǒng)包括陽離子膜電堆和陰離子膜電堆，其中陽離子膜電堆數(shù)量和陰離子膜電堆數(shù)量分別為m和n,1≤m≤1000,1≤n≤1000。

所述電池系統(tǒng)中陽離子膜電堆和陰離子膜電堆之間的液路或電路為串聯(lián)、并聯(lián)或串并混聯(lián)方式組合。

電堆單節(jié)電池的電極面積在200～10000cm²之間。

所用組成液流電池系統(tǒng)的陽離子膜電堆和陰離子膜電堆的排列方式不限，在組成這類電池系統(tǒng)時，可以先使用陽離子膜電堆組裝電池系統(tǒng)前部分，然后再用陰離子膜電堆組裝電池系統(tǒng)后部分；可以先使用陰離子膜電堆組裝電池系統(tǒng)前部分，然后再用陽離子膜電堆組裝電池系統(tǒng)后部分；也可以是交替的使用陽離子膜電堆與陰離子膜電堆（或陰離子膜電堆與陽離子膜電堆）去完成電池系統(tǒng)的組裝；更可以先使用部分陽離子膜電堆組裝電池系統(tǒng)然后再使用部分陰離子膜電池組裝電池系統(tǒng)，然后再重復此過程來完成整個電池系統(tǒng)的組裝；還可以先使用部分陰離子膜電堆組裝電池系統(tǒng)然后再使用部分陽離子膜電堆組裝電池系統(tǒng)，然后再重復此過程來完成整個電池系統(tǒng)的組裝。