[實用新型]一種提高電解液利用率的四儲罐液流電池結構

有效

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• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN207426026U
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設計）人: 劉柏辰;鄭夢蓮;孫潔;趙俊雄;田帥奇;王濤;張良;范利武;俞自濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M8/04276
• 分類號: H01M8/04276;H01M8/18;H01M8/2484
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本實用新型公開了一種提高電解液利用率的四儲罐液流電池結構，屬于新能源儲能領域。本實用新型與傳統(tǒng)的液流電池相比，在正極電解液進液口、負極電解液進液口、正極電解液出液口和負極電解液出液口分別連接一個獨立的儲液罐，使進液和出液不在形成循環(huán)。本實用新型的電液流池結構中，正負極電解液的利用率顯著增加，能大幅度降低電池電堆與儲液罐之間電解液荷電狀態(tài)的差異，降低電堆與儲液罐之間的濃差極化。而且在低流速的情況下依然可以保持電池長時間的充放電，可應用于電流密度更大的場合中，保持電池工作正常。在儲液罐的體積較大的情況下，能保證儲液罐中電解液能保持良好的均勻性，避免傳統(tǒng)二儲罐結構中電解液混合不均勻對電池帶來的影響。

技術領域

本實用新型屬于新能源儲能領域，具體涉及一種提高電解液利用率的四儲罐液流電池結構。

背景技術

近年來，隨著人類生產的發(fā)展和生活水平的不斷提高，對能源的需求量也與日俱增。然而，有限的非可再生能源無法保證人類可持續(xù)發(fā)展的需要，以化石能源為主的傳統(tǒng)能源供應結構日益成為制約社會經濟發(fā)展的瓶頸。因此，優(yōu)化能源應用結構，開發(fā)可再生新能源，成為世界共同關注與研究的熱點。

然而，新能源的利用被時間和外部環(huán)境所限制，導致其穩(wěn)定性和連續(xù)性較差，同時也會對電網產生較為嚴重的沖擊。因此，需要在電網系統(tǒng)中配置相應的儲能設備，在能源充足時儲存電能，在電量缺乏時并網發(fā)電，調節(jié)能源的供需矛盾，實現削峰填谷，進而實現能源的高效利用與平穩(wěn)連續(xù)的電能輸出。

大規(guī)模高效儲能技術是實現可再生能源發(fā)電規(guī)模化利用的關鍵技術。氧化還原液流電池是目前最適合應用于可再生新能源領域的大規(guī)模儲能技術之一。氧化還原液流電池的概念最早由L.H.Thaller提出，近年來，其研究開發(fā)、工程化及產業(yè)化也不斷取得重要進展，在大規(guī)模儲能技術領域中表現出巨大的應用前景。和傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)不同，氧化液流電池的活性物質溶解在其電解液中，并儲存于外部儲液罐。傳統(tǒng)的液流電池結構由兩個循環(huán)泵分別將正負極電解液從儲液罐轉移至電池的電堆區(qū)域，電解液流經電極區(qū)域時，在電極表面上發(fā)生化學能與電能之間的相互轉化過程，從而實現電能與化學能之間的相互轉換，達到儲能的目的。

液流電池的電堆由數節(jié)或數十節(jié)單體電池按壓濾機的方式疊合組裝。每個電池單元都包括兩個半電池，其構成組件有：固體電極、雙極板、液流框和端板。在兩個半電池之間夾著離子交換膜，將單體電池分為正、負極兩個反應區(qū)域，起允許質子交換、阻止其他反應離子和雜質離子遷移的作用。固體電極為電化學反應的進行提供了反應場所，電極面積越大，充放電反應速率越大，相對應的功率也就越高。相鄰的兩個單體電池之間的隔板稱為雙極板。液流電池系統(tǒng)由電堆、電解液、電解液儲液罐、循環(huán)泵、管道、輔助設備儀表及檢測保護設備組成。電解液儲液罐分別用于盛放正負極電解液，并配備兩個循環(huán)泵用于在封閉的管道中為每個半電池單元輸送電解液。充電時，電池的荷電狀態(tài)(SoC)增加，放電時，電池的荷電狀態(tài)(SoC)降低。在液流電池中，整個電池系統(tǒng)的電量取決于儲液罐的容量和電解液中活性離子的濃度，而其峰值功率則由電池總的表面積決定。

如圖7所示，傳統(tǒng)液流電池采用的是二儲罐的運行方式：首先，在正負極電解液儲液罐中加入等體積的電解液，電池開始運行后首先進行充電過程，正負極電解液分別通過循環(huán)泵進入電池的電堆區(qū)域，并在電極表面上發(fā)生氧化還原反應，使電解液的荷電狀態(tài)(SoC)增加，隨后荷電狀態(tài)(SoC)增加的電解液流出電堆，分別重新回到正負極電解液儲液罐中，與儲液罐中低荷電狀態(tài)(SoC)的電解液混合，以此進行電解液的循環(huán)，直到電堆中的電壓達到充電截止電壓。隨后進行放電過程，電解液的荷電狀態(tài)(SoC)逐漸降低，直到電堆中的電壓達到放電截止電壓，完成一個充放電循環(huán)。