【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電化學(xué)儲能，具體涉及到一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、液流電池是一種新型的大型電化學(xué)儲能裝置，充電時將電能儲存在電解質(zhì)溶液中，放電時將儲存的能量轉(zhuǎn)化為電能釋放出來。電池的輸出功率取決于電池堆的大小和數(shù)量，儲存容量取決于電解液的濃度和體積。在電池充放電過程中，僅正負(fù)極電解液中的離子價態(tài)發(fā)生變化，電解液可再生循環(huán)使用，運行安全。
2、液流電池長期運行過程中，由于析氫等副反應(yīng)的發(fā)生會導(dǎo)致離子價態(tài)失衡，導(dǎo)致電池容量下降、性能降低、使用壽命縮短。因此通常需要定期進行離子價態(tài)和物質(zhì)的恢復(fù)。對于以全釩液流電池為代表的硫酸基體系，多采用添加還原劑或者電解等方式進行恢復(fù)。然而對于以鐵鉻液流電池為代表的鹽酸基體系，以及其他含氯cl、溴br、碘i等元素的液流電池體系，由于鹵素的還原電位比較低，電池所需的還原反應(yīng)無法獨立進行，必然伴隨著鹵素單質(zhì)的生成，且受電池溫度的影響，以氣態(tài)形式逸散出系統(tǒng)，造成多種不利影響。因此，設(shè)計獨特的方法和系統(tǒng)，使正負(fù)極電解液活性離子濃度恢復(fù)至初始狀態(tài)使得電池系統(tǒng)容量得以恢復(fù)是目前鐵-鉻液流電池重點研發(fā)技術(shù)之一。
3、早期在nasa的鐵-鉻液流電池系統(tǒng)研究中，采用fe3+-h2再平衡電池，實現(xiàn)容量恢復(fù)，但其氫電極需要使用pt(鉑)或w(鎢)催化劑，而pt會通過離子膜滲透到負(fù)極電解液中，從而污染負(fù)極電解液，此外pt較為昂貴，不適合工業(yè)化應(yīng)用；w催化劑穩(wěn)定性較差，使用一段時間會發(fā)生失活現(xiàn)象。公開號為cn105702997a的專利，公開了一種液流電池再平衡系統(tǒng)與液流電池系統(tǒng)
4、因此，研究并設(shè)計出一種高效、便捷、易操作地實現(xiàn)容量恢復(fù)的方法，是目前本領(lǐng)域研發(fā)人員所關(guān)注的重點之一。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中液流電池容量恢復(fù)方法存在還原劑無法直接反應(yīng)以及鹵素元素以氣態(tài)形式逸散出系統(tǒng)的技術(shù)問題。
2、為達上述目的，本專利技術(shù)的一個實施例中提供了一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，包括主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆，主系統(tǒng)電堆的兩端分別連接有正極儲罐和負(fù)極儲罐，正極儲罐內(nèi)填充有還原劑，再平衡電堆的一端與正極儲罐相連接，正極儲罐與再平衡電堆的正極入口之間設(shè)置有調(diào)節(jié)裝置；
3、集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)還包括充放電設(shè)備，充放電設(shè)備與主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆相連接。
4、本專利技術(shù)優(yōu)選的方案之一，主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆并聯(lián)連接，且主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆之間設(shè)置有直流開關(guān)。
5、本專利技術(shù)優(yōu)選的方案之一，還原劑包括甲酸、甲醇、乙醇、乙酸、草酸、過氧化氫、抗壞血酸、水合肼、氨水以及尿素中的至少一種。
6、本專利技術(shù)優(yōu)選的方案之一，正極儲罐與主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆之間設(shè)置有正極泵，負(fù)極儲罐與主系統(tǒng)電堆之間設(shè)置有負(fù)極泵。
7、本專利技術(shù)優(yōu)選的方案之一，正極儲罐連接有聯(lián)通管，聯(lián)通管遠離正極儲罐的一端與負(fù)極儲罐相連接，負(fù)極儲罐上設(shè)置有排氣管。
8、本專利技術(shù)優(yōu)選的方案之一，調(diào)節(jié)裝置為調(diào)節(jié)閥。
9、本專利技術(shù)優(yōu)選的方案之一，再平衡電堆遠離正極儲罐的一端與負(fù)極儲罐相連接，負(fù)極儲罐與再平衡電堆之間設(shè)置有負(fù)極泵。
10、本專利技術(shù)優(yōu)選的方案之一，正極儲罐內(nèi)部設(shè)置有鼓泡器，鼓泡器的一端連接有氣液混合器，氣液混合器與再平衡電堆的正極出口和主系統(tǒng)電堆的正極出口相連接。
11、本專利技術(shù)優(yōu)選的方案之一，將主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆合并成組合電堆，組合電堆包括若干主系統(tǒng)單電池和若干再平衡單電池，每個主系統(tǒng)單電池包括主系統(tǒng)電池正極，每個再平衡單電池包括再平衡電池正極，再平衡電池正極的電池流道中設(shè)置有阻力件。
12、本專利技術(shù)優(yōu)選的方案之一，阻力件包括螺桿，螺桿的一端貫穿組合電堆并伸入再平衡電池正極的電池流道中。
13、基于本專利技術(shù)公開的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，本專利技術(shù)還公開了一種集成化液流電池容量恢復(fù)方法，包括以下步驟：調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)進入再平衡電堆的流量，使電壓達到正極儲罐中的還原劑的反應(yīng)電壓，再平衡電堆正極反應(yīng)完的電解液由再平衡電堆正極出口流出，再由再平衡電堆負(fù)極入口流入再平衡電堆，最后由再平衡電堆負(fù)極出口流出，返回正極儲罐，從而實現(xiàn)主系統(tǒng)電池的容量恢復(fù)。
14、本專利技術(shù)優(yōu)選的方案之一，再平衡電堆正極反應(yīng)的生成物直接進入再平衡電堆的負(fù)極，在再平衡電堆的負(fù)極發(fā)生逆向反應(yīng)，鹵素單質(zhì)得到電子變回鹵素離子，從而在再平衡系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)鹵素離子的自循環(huán)利用。
15、綜上所述，本專利技術(shù)的有益效果為：
16、1、本專利技術(shù)的集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)流入再平衡電堆的流量，使電壓達到正極儲罐中的還原劑的反應(yīng)電壓，再平衡電堆正極反應(yīng)完的電解液由其正極出口流出，再由其負(fù)極進口流入再平衡電堆電堆，最后由其負(fù)極出口流出，返回正極儲罐，通過向主系統(tǒng)電池中補充氫離子和電子，調(diào)整電池中正負(fù)極的電荷量，從而實現(xiàn)容量恢復(fù)。
17、2、本專利技術(shù)的集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)及方法有效解決了多數(shù)還原劑無法直接反應(yīng)，采用電解的方式又會產(chǎn)生鹵素單質(zhì)的問題，并且本專利技術(shù)對于容量恢復(fù)過程中產(chǎn)生的鹵素氣體利用系統(tǒng)內(nèi)的液體進行吸收，實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)利用，保證溶液成分穩(wěn)定；此外，本專利技術(shù)用于容量恢復(fù)的再平衡系統(tǒng)和主系統(tǒng)集成為一個模塊，減少了箱外管道連接，解決了采用獨立的容量恢復(fù)系統(tǒng)時，需要增加更多的設(shè)備和很長的系統(tǒng)管道，系統(tǒng)復(fù)雜度高，成本高的問題，同時還大幅降低了復(fù)雜度，顯著降低了成本。
18、3、本專利技術(shù)集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)中使用的還原劑的還原產(chǎn)物為無毒無害的氣體(如氮氣、二氧化碳等)，不需要后處理(如堿液吸收)，可與系統(tǒng)自行分離，不需要單獨增加分離工藝單元，無“三廢”產(chǎn)生。
19、4、本專利技術(shù)集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)通過改變流量以調(diào)整還原劑與主系統(tǒng)活性離子的過電位，實現(xiàn)還原劑與主系統(tǒng)活性離子的適配電壓，以達到同一截止條件，實現(xiàn)與主系統(tǒng)模塊共用設(shè)備。
20、5、本專利技術(shù)的集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)及方法適用于大規(guī)模工程化應(yīng)用的，集成化的自動在線恢復(fù)含鹵素的液流電池儲能系統(tǒng)容量的再平衡工藝系統(tǒng)，適用于鐵鉻液流電池、含鹽酸全釩液流電池及其他含鹵素的液流電池等儲能系統(tǒng)。
21、6、本專利技術(shù)的集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)通過對電解液中多余的高價態(tài)正極/負(fù)極活性反應(yīng)物質(zhì)進行高效梯級的電解還原，以平衡正負(fù)極兩種電解質(zhì)的電荷狀態(tài)和儲電量、將系統(tǒng)電解液恢復(fù)至初始狀態(tài)，從而將液流電池性能和容量恢復(fù)至初始狀態(tài)。
22、本專利技術(shù)的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術(shù)而了解。本專利技術(shù)的目的和其他優(yōu)點本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：包括主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆，所述主系統(tǒng)電堆的兩端分別連接有正極儲罐和負(fù)極儲罐，所述正極儲罐內(nèi)填充有還原劑，所述再平衡電堆的一端與正極儲罐相連接，所述正極儲罐與再平衡電堆的正極入口之間設(shè)置有調(diào)節(jié)裝置；
2.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆并聯(lián)連接，且主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆之間設(shè)置有直流開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述還原劑包括甲酸、甲醇、乙醇、乙酸、草酸、過氧化氫、抗壞血酸、水合肼、氨水以及尿素中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述正極儲罐與主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆之間設(shè)置有正極泵，所述負(fù)極儲罐與主系統(tǒng)電堆之間設(shè)置有負(fù)極泵。
5.如權(quán)利要求4所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述正極儲罐連接有聯(lián)通管，所述聯(lián)通管遠離正極儲罐的一端與負(fù)極儲罐相連接，所述負(fù)極儲罐上設(shè)置有排氣管。
6.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池
7.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述再平衡電堆遠離正極儲罐的一端與負(fù)極儲罐相連接，所述負(fù)極儲罐與再平衡電堆之間設(shè)置有負(fù)極泵。
8.如權(quán)利要求1或7所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述正極儲罐內(nèi)部設(shè)置有鼓泡器，所述鼓泡器的一端連接有氣液混合器，所述氣液混合器與再平衡電堆的正極出口和主系統(tǒng)電堆的正極出口相連接。
9.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：將所述主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆合并成組合電堆，所述組合電堆包括若干主系統(tǒng)單電池和若干再平衡單電池，每個所述主系統(tǒng)單電池包括主系統(tǒng)電池正極，每個所述再平衡單電池包括再平衡電池正極，所述再平衡電池正極的電池流道中設(shè)置有阻力件。
10.如權(quán)利要求9所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述阻力件包括螺桿，所述螺桿的一端貫穿組合電堆并伸入再平衡電池正極的電池流道中。
11.一種集成化液流電池容量恢復(fù)方法，基于權(quán)利要求1-10任一項所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)進入再平衡電堆的流量，使電壓達到正極儲罐中的還原劑的反應(yīng)電壓，再平衡電堆正極反應(yīng)完的電解液由再平衡電堆正極出口流出，再由再平衡電堆負(fù)極入口流入再平衡電堆，最后由再平衡電堆負(fù)極出口流出，返回正極儲罐，從而實現(xiàn)主系統(tǒng)電池的容量恢復(fù)。
12.如權(quán)利要求11所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)方法，其特征在于：再平衡電堆正極反應(yīng)的生成物直接進入再平衡電堆的負(fù)極，在再平衡電堆的負(fù)極發(fā)生逆向反應(yīng)，鹵素單質(zhì)得到電子變回鹵素離子，從而在再平衡系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)鹵素離子的自循環(huán)利用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：包括主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆，所述主系統(tǒng)電堆的兩端分別連接有正極儲罐和負(fù)極儲罐，所述正極儲罐內(nèi)填充有還原劑，所述再平衡電堆的一端與正極儲罐相連接，所述正極儲罐與再平衡電堆的正極入口之間設(shè)置有調(diào)節(jié)裝置；
2.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆并聯(lián)連接，且主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆之間設(shè)置有直流開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述還原劑包括甲酸、甲醇、乙醇、乙酸、草酸、過氧化氫、抗壞血酸、水合肼、氨水以及尿素中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述正極儲罐與主系統(tǒng)電堆和再平衡電堆之間設(shè)置有正極泵，所述負(fù)極儲罐與主系統(tǒng)電堆之間設(shè)置有負(fù)極泵。
5.如權(quán)利要求4所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述正極儲罐連接有聯(lián)通管，所述聯(lián)通管遠離正極儲罐的一端與負(fù)極儲罐相連接，所述負(fù)極儲罐上設(shè)置有排氣管。
6.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述調(diào)節(jié)裝置為調(diào)節(jié)閥。
7.如權(quán)利要求1所述的一種集成化液流電池容量恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述再平衡電堆遠離正極儲罐的一端與負(fù)極儲罐相連接，所述負(fù)極儲罐與再平衡電堆之間設(shè)置有負(fù)極泵。
8.如權(quán)利要求1或7所述的一種...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：袁美樂，何騰飛，李京浩，張蓉，何鑫，沈峰，李曉蒙，鄭新，楊林，王建軍，于偉，
申請(專利權(quán))人：北京和瑞儲能科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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