[发明专利]氧化还原液流电池系统及用于它的控制方法

说明书

技术领域

本本发明涉及氧化还原液流电池系统，以及用于它的控制方法，以及更具体地涉及这样一种氧化还原液流电池系统，其能够在钒离子的处理浓度中没有大的变化的情况下保持平均氧化数以便即使不可避免地破坏氧化数平衡液也促进电池的效率与稳定性，并且能够实时监控氧化数平衡并且在没有分离电解液的分离过程的情况下全部地混合电解液等即在不停止电池的功能的情况下恢复平均氧化数，以由此助于电池性能的保持与控制，以及用于它的控制方法。

背景技术

目前，由于环境污染与全球变暖，全球努力减少温室气体，并且作为努力的一部分，已经尝试各种努力如引入新型可再生能源的扩展、引入新型可再生能源、开发环保车、开发能量存储系统以便改进能量需要以及供给系统。

在大多数能量供给系统中，热能发电是突出的，但是在热能发电中，通过使用化石燃料发出大量的CO₂气体，并且由于发出的CO₂气体环境污染问题非常地严重。为了解决此问题，利用生态友好能量(风能、太阳能、潮汐能等)的能量供给系统的发展已经迅速地增加。

由于未来大部分新型可更行能量利用自然产生的清洁能量，因此新型可再生能源不产生与环境污染相关的废气，这是具有吸引力的。然而，由于新型可再生能源非常受到自然环境的影响，因此取决与时间的输出变化宽度非常大，使得在新型可再生能源的利用中具有限制。

能量存储技术是用于能量高效利用、能量供给系统的性能或可靠性的改进的重要技术，高效利用能源诸如扩展引入新型可再生能源等，以及开发可能的存储技术及其对社会贡献的需求已经逐渐地增加。特别地，在如上所述的领域中对于辅助电池的利用的期望增加。

氧化还原液流辅助电池具有优点，因为它可以可逆地改变槽容量以及电池组数以容易地改变电容量与输出以及半永久地使用，使得氧化还原液流辅助电池是最用于存储高容量与高效率辅助电池应该应用到那里的大容量功率的卓越的辅助电池。

氧化还原液流辅助电池意味着利用这样一种电池，其中该电池是化合价变化的金属离子的氧化还原反应充电与放电的，以及利用钒离子的钒氧化还原液流电池已经被广泛地研究。

然而，在钒氧化还原液流电池的电解液中使用的V(II)等对于空气可能是敏感的以由此容易地被氧化。在正常的电池操作条件下，阴极/阳极的平均氧化数平衡保持在V3.5+，但是在其中电解液由于通过过度充电、诸如材料变差等的副反应产生氧气或氢气而被氧化的情形中，氧化数平衡(V3.5+)被破坏。在此情形中，可以减小充电容量与放电容量，从而存在可能降低电池的效率的问题。

为了解决此问题，根据相关技术，已经建议将预定量的钒离子增加到电解液以便恢复被破坏的平衡的方法。然而，由于在钒氧化还原液流电池中，通常地，效率、热稳定性(沉淀产生)等根据钒离子的浓度改变，增加钒离子以调节平衡的方法将造成负面效果的可能性很高。

此外，在钒氧化还原液流电池中，由于钒离子可以在阴极侧与阳极侧之间移动，从而不可避免地产生容量面临的问题。更具体地说，在钒氧化还原液流辅助电池中，电池框架形成整个电池的轮廓，并且电池的中间部分通过膜分开，并且阴极与阳极以膜为基础定位。即，在氧化还原液流电池中，在阴极侧的电解液与在阳极侧的电解液通过膜分开，并且可以通过彼此不同的离子浓度差产生电解液移动。此移动可能破坏阴极电解液与阳极电解液之间的离子数量的平衡，从而电解液的使用率可能变差，由此造成可用电池容量的减小。

在氧化还原液流电池中，只要使用多孔膜就不能阻止此容量衰减现象。为了在电池中形成电回路，由于离子可以在阴极与阳极之间移动，因此应该使用多孔膜，从而必然地产生了由于不期望离子的移动的容量衰减问题。

目前，没有能够以100％的选择率交换质子而不是钒离子的膜。因此，由于不能防止钒离子的交换，因此必要地需要将电池恢复到初始状态的技术。

在钒氧化还原液流电池的情形中，存在通过完全地将阴极电解液与阳极电解液相互混合允许在两侧存在相同摩尔数的钒离子以由此恢复充电与放电能力的方法。该方法称为全部混合方法。

然而，在此情形中，存在要求用于混合全部阴极电解液与阳极电解液的泵能量很大的弊端，并且耗费大量时间，并且在预充电状态中的钒电解液的能量可能完全地损失。

因此，急切需要对用于解决此问题的技术的研究。

发明内容

本发明努力提供氧化还原液流电池系统，其能够在钒离子的初始浓度没有大的变化的情况下保持平均氧化数以便即使不可避免地破坏氧化数平衡也由此提高电池的效率与稳定性，以及用于其的控制方法。