[发明专利]一体化储液罐及新型锌溴液流电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种一体化储液罐及新型锌溴液流电池，属于液流电池领域。

背景技术

随着全球环境的不断恶化和人们对环境问题的重视，开发新型的环境友好的清洁能源迫在眉睫，氧化还原液流电池(Redox flow battery)是近年来兴起的一种储能系统，它兼有普通电池和燃料电池的性能，有工作寿命和储存寿命长，快速充放电、放电深度性能好等优点，同时密闭的循环体系避开了与外界接触，避免了对环境的污染，电极材料不必使用贵重的金属催化剂等。因此，实现规模化高效储能，加快经济发展，开发研制氧化还原液流电池意义重大。

锌溴氧化还原液流电池是氧化还原液流电池的一种，电解液为溴化锌水溶液，充电过程中，锌以金属形态沉积在电极表面，溴形成油状络合物，贮存于正极电解液的底部。锌溴液流电池理论开路电压1.82V，总效率为75%，理论能量密度430Wh/kg，电池可以100%深度放电数千次，与铅酸电池相比，具有较高的能量密度和功率密度以及优越的循环充放电性能。锌溴电池在近常温下工作，不需要复杂的热控制系统，且原材料成本低廉，使它成为大规模储能电池的选择之一。

锌溴液流电池也存在着一些技术问题，如电池使用微孔隔膜，电池运行过程中，电解液发生迁移，导致正负极电解液不匹配，影响电池性能。在迁移量较大时，高位侧电解液液位上升至储液罐口处，由于压力可能造成密封失效而使得电解液泄露；低位侧因供液泵的吸程增加，可能导致泵过载而损坏。因此，电解液迁移问题对电池寿命也有严重的影响。

造成电解液迁移的原因很多，典型的，如：

1、正负极管路内的压差；

2、隔膜中两侧浓度差带来的迁移；

3、离子移动时携带水量不同造成的迁移。

传统的做法是通过两侧泵调频，改变两侧供液压力，从而达到调节液位的目的。但是该方法存在以下缺点：

1.系统复杂，故障率高；

2.调节过程中人为改变泵压力，对电池性能有一定影响；

3.电解液通过人为制造正负极压差调节，会增加材料变形率；

4.调节时受工况限制，有可能无法实现；

5.为制造压差，需要额外的能量，使得系统效率降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种一体化储液罐的结构、制作方法及新型锌溴液流电池，它可以有效解决现有技术中存在的问题，特别是电解液迁移，导致正负极电解液匹配不均匀，影响电池的性能和寿命的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种一体化储液罐，包括：罐体、供溴管路、总回流管和供液管，供溴管路的一端贯穿于罐体的侧壁并位于罐体内，总回流管和供液管的一端贯穿于罐体的顶部并位于罐体底部的上方。

前述的一体化储液罐中，所述的罐体内还设有折流板和底板，底板的一端与罐体底面靠近供溴管路的一侧连接并且底板与罐体底面的夹角为5°～10°；折流板设于底板与供液管之间，总回流管的一端贯穿于折流板且位于底板的上方，折流板与水平面的夹角为0°～30°，折流板距离水平面较近的一端设有溢流孔；当折流板与水平面的夹角为0°时，溢流孔设于折流板的任意一端均可，从而可以有效防止正负极电解液在一体化储液罐中产生的自放电现象，提高应用该一体化储液罐制作成的液流电池的性能和使用寿命。

上述一体化储液罐中，折流板和底板与罐体底部之间的角度越大，对被分选出的高密度相回流效果越明显，但相应的竖直方向的速度分量也越大，对罐体容积和重量也会有一定的影响。折流板起增加电解液在储液罐中流径的作用，同时对被重力分选出的高密度相有回流导向的作用。

所述的溢流孔，可以对上层电解液进行补偿，即上层清液被抽走，经电极表面发生化学反应后，由总回流管回流到储液罐底部附近，造成底部附近压力升高，电解液由下层向上层流动。

前述的一体化储液罐中，所述的折流板与水平面的夹角为5°，底板与罐体底面的夹角为5°，从而使得被分选出的高密度相的回流效果、竖直方向的速度分量、罐体容积和重量的综合效果最好。

前述的一体化储液罐中，所述折流板的数量为至少一层，当折流板的数量大于一层时，任意相邻的两层折流板围成一个梯形空腔，从而可以进一步提高溴分选的效果。

前述的一体化储液罐中，梯形空腔的窄端设于罐体上靠近供溴管路的一侧，从而使得电解液的流径最长，对溴单质、络合溴与电解液清液的分离效果最好。

前述的一体化储液罐中，所述的溢流孔两侧还设有磁性材料，利用磁场产生正协同效应，可以辅助提高分选效果而且不额外耗量。