[發明專利]氧化還原液流電池系統及用于它的控制方法

在審

• 申請號: 201410332583.8
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104282927A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 金玉先;洪珉基;金守煥;金秉哲
• 申請（專利權）人: OCI有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/18
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊生平;鐘錦舜

技術領域

本本發明涉及氧化還原液流電池系統，以及用于它的控制方法，以及更具體地涉及這樣一種氧化還原液流電池系統，其能夠在釩離子的處理濃度中沒有大的變化的情況下保持平均氧化數以便即使不可避免地破壞氧化數平衡液也促進電池的效率與穩定性，并且能夠實時監控氧化數平衡并且在沒有分離電解液的分離過程的情況下全部地混合電解液等即在不停止電池的功能的情況下恢復平均氧化數，以由此助于電池性能的保持與控制，以及用于它的控制方法。

背景技術

目前，由于環境污染與全球變暖，全球努力減少溫室氣體，并且作為努力的一部分，已經嘗試各種努力如引入新型可再生能源的擴展、引入新型可再生能源、開發環保車、開發能量存儲系統以便改進能量需要以及供給系統。

在大多數能量供給系統中，熱能發電是突出的，但是在熱能發電中，通過使用化石燃料發出大量的CO₂氣體，并且由于發出的CO₂氣體環境污染問題非常地嚴重。為了解決此問題，利用生態友好能量(風能、太陽能、潮汐能等)的能量供給系統的發展已經迅速地增加。

由于未來大部分新型可更行能量利用自然產生的清潔能量，因此新型可再生能源不產生與環境污染相關的廢氣，這是具有吸引力的。然而，由于新型可再生能源非常受到自然環境的影響，因此取決與時間的輸出變化寬度非常大，使得在新型可再生能源的利用中具有限制。

能量存儲技術是用于能量高效利用、能量供給系統的性能或可靠性的改進的重要技術，高效利用能源諸如擴展引入新型可再生能源等，以及開發可能的存儲技術及其對社會貢獻的需求已經逐漸地增加。特別地，在如上所述的領域中對于輔助電池的利用的期望增加。

氧化還原液流輔助電池具有優點，因為它可以可逆地改變槽容量以及電池組數以容易地改變電容量與輸出以及半永久地使用，使得氧化還原液流輔助電池是最用于存儲高容量與高效率輔助電池應該應用到那里的大容量功率的卓越的輔助電池。

氧化還原液流輔助電池意味著利用這樣一種電池，其中該電池是化合價變化的金屬離子的氧化還原反應充電與放電的，以及利用釩離子的釩氧化還原液流電池已經被廣泛地研究。

然而，在釩氧化還原液流電池的電解液中使用的V(II)等對于空氣可能是敏感的以由此容易地被氧化。在正常的電池操作條件下，陰極/陽極的平均氧化數平衡保持在V3.5+，但是在其中電解液由于通過過度充電、諸如材料變差等的副反應產生氧氣或氫氣而被氧化的情形中，氧化數平衡(V3.5+)被破壞。在此情形中，可以減小充電容量與放電容量，從而存在可能降低電池的效率的問題。

為了解決此問題，根據相關技術，已經建議將預定量的釩離子增加到電解液以便恢復被破壞的平衡的方法。然而，由于在釩氧化還原液流電池中，通常地，效率、熱穩定性(沉淀產生)等根據釩離子的濃度改變，增加釩離子以調節平衡的方法將造成負面效果的可能性很高。

此外，在釩氧化還原液流電池中，由于釩離子可以在陰極側與陽極側之間移動，從而不可避免地產生容量面臨的問題。更具體地說，在釩氧化還原液流輔助電池中，電池框架形成整個電池的輪廓，并且電池的中間部分通過膜分開，并且陰極與陽極以膜為基礎定位。即，在氧化還原液流電池中，在陰極側的電解液與在陽極側的電解液通過膜分開，并且可以通過彼此不同的離子濃度差產生電解液移動。此移動可能破壞陰極電解液與陽極電解液之間的離子數量的平衡，從而電解液的使用率可能變差，由此造成可用電池容量的減小。

在氧化還原液流電池中，只要使用多孔膜就不能阻止此容量衰減現象。為了在電池中形成電回路，由于離子可以在陰極與陽極之間移動，因此應該使用多孔膜，從而必然地產生了由于不期望離子的移動的容量衰減問題。

目前，沒有能夠以100％的選擇率交換質子而不是釩離子的膜。因此，由于不能防止釩離子的交換，因此必要地需要將電池恢復到初始狀態的技術。

在釩氧化還原液流電池的情形中，存在通過完全地將陰極電解液與陽極電解液相互混合允許在兩側存在相同摩爾數的釩離子以由此恢復充電與放電能力的方法。該方法稱為全部混合方法。

然而，在此情形中，存在要求用于混合全部陰極電解液與陽極電解液的泵能量很大的弊端，并且耗費大量時間，并且在預充電狀態中的釩電解液的能量可能完全地損失。

因此，急切需要對用于解決此問題的技術的研究。

發明內容

本發明努力提供氧化還原液流電池系統，其能夠在釩離子的初始濃度沒有大的變化的情況下保持平均氧化數以便即使不可避免地破壞氧化數平衡也由此提高電池的效率與穩定性，以及用于其的控制方法。