[發(fā)明專利]一種液流電池儲能系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810213410.2
• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN108511779A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高巖;曾建華;蓋麗梅;石磊;王超
• 申請（專利權(quán)）人: 高巖;曾建華;石磊;王超;蓋麗梅
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M8/04186;H01M8/04082;H01M8/04276;H01M8/04313;H01M8/0438;H01M8/04537;H01M8/04955
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本發(fā)明公開了一種液流電池儲能系統(tǒng)，包括再平衡電池、平衡度測量裝置，平衡度測量裝置用于測量液流電池中離子平衡度，當(dāng)液流電池中離子平衡度達(dá)到預(yù)設(shè)平衡閥值時(shí)，啟動電解質(zhì)再平衡電池工作，再平衡電池將正極電解質(zhì)溶液中的高價(jià)陽離子還原，使正極電解質(zhì)溶液中的陽離子恢復(fù)平衡，使整個(gè)液流電池儲能系統(tǒng)的容量穩(wěn)定。本發(fā)明使整個(gè)液流電池儲能系統(tǒng)容量穩(wěn)定、保障系統(tǒng)壽命，還具有電壓保護(hù)，提高了系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，特別涉及一種液流電池儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)

液流電池的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)體系有全釩V/V電池(VRB)、多硫化鈉-溴(NaS_x/Br)電池、鋅-氯(Zn/Cl2)或鋅-溴(Zn/Br₂)電池和鐵-鉻(Fe/Cr)電池。其中，VRB和Fe/Cr液流電池體系正負(fù)極均為完全的液流狀態(tài)，相對于其它的固態(tài)電池或者單液流電池，具有明顯的優(yōu)越性：壽命長、性能穩(wěn)定、成本低、設(shè)計(jì)靈活、易規(guī)模化放大，建設(shè)不受地域限制，而且安全可靠。

早在20世紀(jì)70-80年代美國國家航空航天局(NASA)的路易斯研究中心(LewisResearch Center)就對Fe/Cr電池系統(tǒng)投入了大量的研究，克服了正負(fù)電極的電解質(zhì)溶液透過電解質(zhì)膜的混合難題和催化電極關(guān)鍵部件的制備，研制出了1kW的電池儲能系統(tǒng)，充放電循環(huán)100次以后電池的效率仍在80％以上。之后將技術(shù)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)入商業(yè)公司準(zhǔn)備產(chǎn)品的開發(fā)，但是由于石油危機(jī)的減緩，該公司沒有選擇將這一技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的發(fā)展。20世紀(jì)80年代的后期日本住友株式會社下關(guān)西電力公司報(bào)道了10kW級的電池系統(tǒng)具有了300次循環(huán)80％轉(zhuǎn)換效率的性能。可能出于類似的原因，日本也沒有在后來繼續(xù)這方面的工作。隨著新能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展需求，最近該系統(tǒng)又重新在美國和西班牙、中國得到了重視。開始了Fe/Cr液流電池體系的研發(fā)與技術(shù)產(chǎn)品的商業(yè)示范和應(yīng)用。

顯然，為了實(shí)現(xiàn)鐵-鉻液流電池儲能系統(tǒng)的功能，最重要的技術(shù)之一是該液流電池的儲能系統(tǒng)工藝。儲能系統(tǒng)就是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在電解質(zhì)溶液中，然后需要時(shí)再將電解質(zhì)溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換回電能釋放到電網(wǎng)或者外部負(fù)荷。系統(tǒng)工藝的作用就是提供鐵-鉻液流電池系統(tǒng)工作的合理工況條件，并實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定控制，保障系統(tǒng)充放電性能的穩(wěn)定性。儲能系統(tǒng)工藝包括主要的關(guān)鍵設(shè)備有液流電池堆、電解質(zhì)溶液循環(huán)系統(tǒng)、以及系統(tǒng)控制電氣與軟件。

如圖1所示，傳統(tǒng)的鐵-鉻液流電池在正負(fù)極的氧化還原反應(yīng)均發(fā)生在循環(huán)流動液態(tài)水相溶液中的固態(tài)電極表面，正極流體為Fe²⁺/Fe³⁺的鹽酸鹽電解質(zhì)溶液，負(fù)極流體為Cr²⁺/Cr³⁺的鹽酸鹽電解質(zhì)溶液，分別通過循環(huán)泵把電解質(zhì)溶液從各自儲罐輸送到液流電池堆內(nèi)正負(fù)極各半電池腔中，在流體動能作用下各自流回到儲液罐。

該系統(tǒng)存在以下技術(shù)問題：

1、由于液流電池堆由多對電池單元疊加而成，電池單元的性能會因?yàn)楦鞣N工況和材料上的差異造成各不相同，存在不一致性的問題，造成個(gè)別電池單元充電電壓過高和放電電壓過低，安全性和穩(wěn)定性差。

2、對于全釩和鐵-鉻液流電池，負(fù)極反應(yīng)的電位較低，平衡電位相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極分別為-0.26V和0.41V。這樣在充電時(shí)且過電位偏大的情況下，在負(fù)極均會有氫氣析出，只是全釩液流電池的析氫程度較小，因?yàn)槲鰵洳豢赡娣磻?yīng)發(fā)生，造成了正極反應(yīng)物的損失，對于全釩液流電池即是4價(jià)釩的損失；而對于鐵-鉻液流電池是2價(jià)鐵離子的損失。造成正負(fù)極離子濃度的不平衡。造成液流電池容量不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種液流電池儲能系統(tǒng)，包括再平衡電池、平衡度測量裝置，平衡度測量裝置用于測量液流電池中離子平衡度，當(dāng)液流電池中離子平衡度達(dá)到預(yù)設(shè)平衡閥值時(shí)，啟動電解質(zhì)再平衡電池工作，再平衡電池將正極電解質(zhì)溶液中的高價(jià)陽離子還原，使正極電解質(zhì)溶液中的陽離子恢復(fù)平衡，使整個(gè)液流電池儲能系統(tǒng)的容量穩(wěn)定。