[发明专利]一种液流储能电池或电堆的运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液流储能电池或电堆的运行方法，更具体而言，本发明提供一种液流储能电池在长时间、多循环运行时提高电极电化学活性的方法。

背景技术

随着人类经济的快速发展，能源短缺和环境污染的现状日趋严峻。为实现可持续发展，必须大力发展太阳能和风能等可再生能源。而这些可再生能源发电受地域、气象等条件的影响具有明显的不连续、不稳定性。为了平滑和稳定可再生能源发电输出及解决发电与用电的时差矛盾，提高电力品质和电网可靠性，必须发展高效储能技术。液流储能电池(Redox Flow Battery，简称FB)由于具有系统容量和功率相互独立可调、响应迅速，安全可靠，循环寿命长，操作维护简单，环境友好等突出优势而成为可再生能源发电，电网削峰填谷，应急及备用电站等规模化储能中最有发展前景的技术之一。

目前，液流储能电池或电堆在长时间、多循环运行时存在的问题主要有以下几个方面：电解质溶液稳定性差；正、负极离子及水的迁移、扩散；电池或电堆电压效率下降。作为全钒液流储能电池关键材料之一的电极材料，起着提供电解质溶液活性物质反应场所和电化学活性的双重作用。

由于液流电池大多在强酸介质中运行，因此其电极材料要求具备：化学稳定性好、机械强度高、电化学活性优良以及低成本的特点。目前液流电池电极材料主要分为两类：金属类电极和非金属类电极。

金属类电极在电化学反应过程中表面容易形成钝化膜，阻碍电极反应的继续进行，显示出电化学可逆性差的问题，并且金属类电极大都较昂贵。因此金属类电极不太适合在液流电池中应用。

在非金属类电极中，碳素类电极受到了更多的青睐，碳素类电极主要包括石墨毡、碳毡、碳纸、碳布等。其中碳毡是由高聚物高温碳化后制成的毡状多孔性材料,具有耐高温、耐腐蚀,良好的机械强度，表面积大和导电性好，且价格相对低廉等优点，在液流电池研究中被广泛用作电极材料。

然而，随着液流电池或电堆在长时间、多循环运行时，由于整个液流电池（或电池系统）温度的升高或其他原因，导致电解质溶液中会有一定量的金属离子（或其他物质）析出，并附着在电极表面，进而使电极的活性点位减少，降低电极的电化学活性，致使液流电池或电堆在长时间、多循环运行时电压效率会有所下降。而且随着液流电池或电堆更长时间、更多循环的运行，此类问题会越来越明显，严重影响液流电池或电堆的整体效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种随着液流电池或电堆在长时间、多循环运行时，提高或恢复液流电池或电堆电压效率的方法，进而改善液流电池或电堆的整体效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种液流储能电池或电堆的运行方法，

1）于液流储能电池或电堆完成第一次充电或第一个充放电循环后，进行正负极电解液的互混，使两极电位差达到0V后，将正负极电路反接，使电池系统在正负极互换模式下继续运行；

2）液流储能电池或电堆完成第N次充电或第N个充放电循环后，其中N≥2，再进行正负极电解液的互混，使两极电位差达到0V后，将正负极电路反接，使电池系统再次进入正负极互换模式下继续运行。

所述液流储能电池或电堆包括与正极电路相连的正极集流板、与负极电路相连的负极集流板，所述正负极电路反接是指将正极电路与负极集流板相连、作为正极，负极电路与正极集流板相连，作为负极。

继续运行是指液流储能电池或电堆进行充放电循环。

通常液流电池或电堆的电解质溶液由循环泵将其从正极电解液储罐导入电池或电堆的正极，并再返回正极电解液储罐中；或是由循环泵将其从负极电解液储罐导入电池或电堆的负极，并再返回负极电解液储罐中。

本发明通过对管路设计的改进，使每个循环泵都具备可以将电解质溶液任意导入电池或电堆正极和电池或电堆负极两种功能，并再返回到电池或电堆正极或负极电解液储罐中。使每个循环泵都可以灵活地将正极或负极电解液储罐中的电解质溶液任意导入液流电池或电堆的正极或负极，并再返回正极或负极电解液储罐中。

当在液流电池或电堆正常运行时，每个循环泵只需将正极储液罐中的电解质溶液导入电池或电堆的正极，并再返回正极电解液储罐中；或是将负极储液罐中的电解质溶液导入电池或电堆的负极，并再返回负极电解液储罐中。