[发明专利]液流电池、电池堆、电池系统及其电解液的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种液流电池、电池堆、电池系统及其电解液的控制方法。

背景技术

全钒氧化还原液流电池是氧化还原液流电池的一种，具有使用寿命长，能量转化效率高，安全性好，环境友好等优点，能用于风能发电和光伏发电配套的大规模储能系统，是电网削峰填谷、平衡负载的主要选择之一。

全钒氧化还原液流电池分别以不同价态的钒离子V²⁺/V³⁺和V⁴⁺/V⁵⁺作为电池的正负两极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至反应场所(电池堆)再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。在整个全钒氧化还原液流电池储能系统中，电池堆性能的好坏决定着整个系统的充放电性能，尤其是充放电功率及效率。电池堆是由多片单电池依次叠放压紧，串联而成。其中，液流电池的组成如图1所示。1’为液流框，2’为集流板，3’为电极，4’为隔膜，图1中各组件组成单体电池5’，通过N个单体电池5’的堆叠组成电池堆6’。传统的全钒氧化还原液流电池系统，如图2所示，由电池堆6’，正极储液罐71’，负极储液罐72’，正极循环液路液体泵81’，负极循环液路液体泵82’，以及正极液体管路91’、101’和负极液体管路92’、102’构成。V⁴⁺/V⁵⁺电解液由液体泵81’运送至正极半电池堆61’，而负极V²⁺/V³⁺电解液由液体泵82’运送至负极半电池堆62’。

目前，用于全钒氧化还原液流电池的集流板主要有金属集流板、导电塑料集流板及高密度石墨板等，其与石墨毡电极集成一体化的过程中，一种较为常见的方法是采用集流板平板与电极直接热压结合的方式。这种平板集流板用于全钒氧化还原液流电池时，会出现以下主要问题：电解液在经过电极的过程中，只能靠石墨毡的自身渗透能力，液流阻力大从而增加液体泵的消耗；由于平板集流板对于液流没有导向作用，电解液在流通过程中存在内部流动不均匀，甚至液流没有流过的死角位置，从而导致严重极化现象以及各单电池间电压的不均匀性，降低电极和隔膜的使用寿命及效率。

为了解决上述问题，现有技术中通常采用在极板上进行了流道设计，采用流道对电解液实现导流作用，提高了电解液通过电池组的速率。但是由于流道的存在，电解液在多孔电极中的对流深度短，造成电极内部出现浓差极化。另外，大部分电解液未能进入电极中进行反应即流出电池，电解液利用率仅占输送总量的很小一部分，影响了钒电池系统的效率。

发明内容

本发明旨在提供一种液流电池、电池堆、电池系统及其电解液的控制方法，以解决现有技术中电解液在电极中流动性不足，电极的反应均匀性较差的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种液流电池，包括正极半电池和负极半电池，正极半电池和负极半电池中分别包括集流板，集流板上具有多条电解液流道，液流电池的外表面上具有多个与各电解液流道一一对应连通的外部接口。

根据本发明的又一方面，还提供了一种液流电池堆，液流电池堆包括彼此串联的多个本发明的液流电池。

根据本发明的又一方面，还提供了一种液流电池系统，包括：上述液流电池；正极储液罐，通过正极供液流路和正极回液流路与液流电池中位于正极半电池外表面上的各外部接口分别连通；负极储液罐，通过负极供液流路和负极回液流路与液流电池中位于负极半电池外表面上的各外部接口分别连通；液流电池中各电解液流道中电解液的液流压强至少部分不同。

进一步地，液流电池中至少部分电解液流道的横截面积不同，或者与各外部接口连通的各供液流路中至少部分供液流路的大小、阻尼或形状不同，以使得各电解液流道中电解液的液流压强至少部分不同。

进一步地，上述液流电池系统中还设置有多个液流调节件，各液流调节件分别设置在与各外部接口连接的各供液流路上，以使得各电解液流道中电解液的液流压强至少部分不同。

进一步地，上述液流电池系统的正极供液流路和负极供液流路上各设置一个液流调节件，以使得同一电解液流道不同时刻的液流压强至少部分不同。

进一步地，上述液流调节件为节流阀。

进一步地，上述液流调节件为流量可调的液体泵。

进一步地，上述液流电池的各集流板上位于单数的各电解液流道中电解液的液流压强相同；位于双数的电解液流道中电解液的液流压强相同。