【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
技術(shù)介紹
1、將來(lái)自太陽(yáng)或風(fēng)力源的可再生能源大規(guī)模集成到電網(wǎng)中需要穩(wěn)健的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以提高其可靠性、電力質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。在已經(jīng)考慮和探索的各種能量存儲(chǔ)技術(shù)中，氧化還原液流電池(rfb)是獨(dú)特的，因?yàn)樗鼈兛山柚趦煞N水性電解質(zhì)溶液之間的可逆電化學(xué)反應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)勢(shì)能。在它們最簡(jiǎn)單的形式中，rfb是將化學(xué)能直接可逆地轉(zhuǎn)化為電的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)。它們通常由兩個(gè)外部存儲(chǔ)罐、兩個(gè)循環(huán)泵和具有多孔隔膜的液流電池組成，該外部存儲(chǔ)罐填充有包含離子的活性材料，該金屬離子可以處于不同價(jià)態(tài)，并且該多孔隔膜位于陽(yáng)極和陰極之間并且被用于分離陽(yáng)極電解液和陰極電解液，以及通過(guò)允許平衡離子的轉(zhuǎn)移來(lái)利用電流回路。陽(yáng)極電解液、陰極電解液、陽(yáng)極和陰極通常分別被稱為負(fù)極電解質(zhì)、正極電解質(zhì)、負(fù)電極和正電極。因此，功率和能量容量可以是獨(dú)立的，表明存儲(chǔ)容量由所使用的電解質(zhì)的量確定，并且額定功率由電池組的有效面積以及電池單元數(shù)量決定。
2、與其它氧化還原液流電池技術(shù)，諸如全釩氧化還原液流電池、鋅-溴氧化還原液流電池或鐵-鉻氧化還原液流電池，相比，所有鐵氧化還原液流電池(ifb)由于其優(yōu)點(diǎn)，諸如低化學(xué)毒性和由于利用產(chǎn)量豐富的鐵、鹽和水作為電解質(zhì)而導(dǎo)致的非常低的材料成本，而對(duì)于電網(wǎng)規(guī)模的存儲(chǔ)應(yīng)用特別有吸引力。
3、通過(guò)在ifb的正側(cè)和負(fù)側(cè)使用不同價(jià)態(tài)的鐵，有效地消除了由于交叉引起的污染問(wèn)題。存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)罐中的鐵基正極電解質(zhì)溶液和鐵基負(fù)極電解質(zhì)溶液流過(guò)電池組的堆疊體。在正側(cè)，半電池反應(yīng)涉及亞鐵離子(fe2+)在充電期間失去電子以形成鐵離子(fe3+)，而
4、
5、ifb的挑戰(zhàn)之一是它們的壽命依賴于它們的容量，而它們的容量易于衰減。ifb容量損失的發(fā)生主要是由于不可避免的不想要的副反應(yīng)，諸如電池負(fù)側(cè)的h2析出。h2的連續(xù)生成最終導(dǎo)致電解質(zhì)的不平衡和電解質(zhì)平均氧化態(tài)(aos)的變化，因?yàn)樵诔潆娺^(guò)程中從負(fù)側(cè)的fe2+的fe0的電鍍量降低，而在正側(cè)仍然存在fe2+到fe3+的氧化，如方程4和5所示。
6、負(fù)電極：????2h++2e-＝h2↑????????????e0＝0v?????????????(4)
7、總計(jì)：??????2fe2++2h+＝2fe3++h2↑?????e0＝0.77v??????????(5)
8、ifb效率下降和容量損失的另一個(gè)原因可能是由于電解質(zhì)和水通過(guò)膜的交叉。例如，正側(cè)中的鐵離子可以被鐵離子濃度梯度和穿過(guò)膜的電泳力驅(qū)動(dòng)向負(fù)側(cè)，而負(fù)側(cè)中的亞鐵離子可以遷移到正側(cè)。在負(fù)側(cè)不含亞鐵離子加速了析氫反應(yīng)(方程4)并加劇了電池的健康狀態(tài)。
9、ph還在鐵氧化還原液流電池的最佳操作中起作用。如果負(fù)極電解質(zhì)的ph太低，即溶液中的高h(yuǎn)+濃度，則在充電循環(huán)期間析氫反應(yīng)加劇，導(dǎo)致較差的庫(kù)侖效率和電解質(zhì)ph不平衡。相似地，如果負(fù)極電解質(zhì)的ph變得太高，則鐵傾向于作為鐵氧化物和氫氧化物從溶液中沉淀出。例如，在一些ifb的操作中，正極電解質(zhì)和負(fù)極電解質(zhì)的理想ph值分別在0-1和4-5的范圍內(nèi)。以氧化物和氫氧化物形式從溶液中除去鐵導(dǎo)致溶液中鐵離子的可利用性降低，并因此降低陽(yáng)極側(cè)的可利用容量。優(yōu)選地，ifb在非常窄的ph窗口中使用負(fù)極溶液操作，使得其盡可能高以限制在陽(yáng)極處生成h2的可能性和盡可能低以避免不想要的鐵氧化物和氫氧化物的形成。
10、為了保持電池的容量，方程5中正側(cè)中過(guò)量的fe3+應(yīng)還原回fe2+，并且需要同時(shí)恢復(fù)由于液流電池系統(tǒng)中h2析出而導(dǎo)致的質(zhì)子損失和隨后的ph增加。現(xiàn)有技術(shù)的答案是通過(guò)利用化學(xué)或電化學(xué)方法使鐵離子與h2反應(yīng)以將h2轉(zhuǎn)化回質(zhì)子并將鐵離子還原成亞鐵離子，如方程6所示。結(jié)果，在正極電解質(zhì)和負(fù)極電解質(zhì)中都可以保持相對(duì)穩(wěn)定的ph和充電狀態(tài)(soc)。
11、然而，對(duì)于常規(guī)的化學(xué)方法，如滴流床反應(yīng)器和膠凍卷反應(yīng)器，以及用于再平衡aos的電化學(xué)方法，需要包括負(fù)載的貴金屬(例如，碳負(fù)載的pt、pd、rh、ru、ir、ta或其合金)的催化劑以促進(jìn)和加速ifb溶液中的鐵離子與氫氣之間的反應(yīng)。對(duì)于三相邊界處的化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)器中的傳質(zhì)損失一直是長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。補(bǔ)償質(zhì)量傳輸限制的一般方法是使再平衡反應(yīng)器的尺寸過(guò)大。然而，使再平衡反應(yīng)器的尺寸過(guò)大成本高昂，并且該再平衡反應(yīng)器還會(huì)遭受不良的催化劑利用。對(duì)于電化學(xué)方法，需要昂貴的膜，諸如膜、uop氧化還原膜(urm)或其它質(zhì)子交換隔膜以在正側(cè)與負(fù)側(cè)之間傳輸質(zhì)子。還可能需要輔助電控制器系統(tǒng)。此外，對(duì)于化學(xué)和電化學(xué)方法，可能需要定制的電解質(zhì)罐以保持氫氣壓力并將氫氣送回氫氣復(fù)合反應(yīng)器，與外部h2源結(jié)合以補(bǔ)償泄漏。使用定制的高壓罐增加了系統(tǒng)的成本。
12、2fe3+?+?h2?＝?2fe2+?+?2h+?????(6)
13、因此，需要一種用于再平衡ifb的改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種再平衡鐵液流電池的方法，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原劑是H2S。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述再平衡罐(135)與所述正極電解質(zhì)罐(125)選擇性地雙向連通，并且其中所述還原劑罐(145)與所述再平衡罐(135)選擇性地連通，所述方法還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述再平衡罐(235)與所述正極電解質(zhì)罐(225)選擇性地單向下游連接，并且其中所述負(fù)極電解質(zhì)罐(230)與所述再平衡罐(235)選擇性地單向下游連接，并且其中所述還原劑罐(245)與所述再平衡罐(135)選擇性地連通，所述方法還包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述再平衡罐(335)與所述正極電解質(zhì)罐(325)選擇性地雙向連接，并且其中所述負(fù)極電解質(zhì)罐(330)與所述再平衡罐(335)選擇性地雙向連接，并且其中所述還原劑罐(3
8.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述還原劑罐(445)與所述正極電解質(zhì)罐(425)選擇性地連通，所述方法還包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述還原劑罐(545)與所述正極電解質(zhì)罐(525)和所述負(fù)極電解質(zhì)罐(530)選擇性地連通，所述方法還包括：
10.一種用于鐵液流電池的再平衡系統(tǒng)，所述鐵液流電池包括負(fù)電極(115)、正電極(110)、位于所述負(fù)電極(115)與所述正電極(110)之間的隔膜(120)、負(fù)極電解質(zhì)罐(130)、所述負(fù)極電解質(zhì)罐(130)與所述負(fù)電極(115)之間的負(fù)極電解質(zhì)流，以及正極電解質(zhì)罐(125)、所述正極電解質(zhì)罐(125)與所述正電極(110)之間的正極電解質(zhì)流，所述再平衡系統(tǒng)包括：
...【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
1.一種再平衡鐵液流電池的方法，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原劑是h2s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述再平衡罐(135)與所述正極電解質(zhì)罐(125)選擇性地雙向連通，并且其中所述還原劑罐(145)與所述再平衡罐(135)選擇性地連通，所述方法還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述再平衡罐(235)與所述正極電解質(zhì)罐(225)選擇性地單向下游連接，并且其中所述負(fù)極電解質(zhì)罐(230)與所述再平衡罐(235)選擇性地單向下游連接，并且其中所述還原劑罐(245)與所述再平衡罐(135)選擇性地連通，所述方法還包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述再平衡罐(335)與所述正極電解質(zhì)罐(32...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳勁鋒，斯圖爾特·R·米勒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：環(huán)球油品有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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