[发明专利]用于评估氧化还原液流电池的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于评估氧化还原液流电池的方法和系统，且更具体而言，涉及用于评估氧化还原液流电池的电解质在原位的状态以克服氧化还原液流电池的容量衰减的方法和系统。

背景技术

氧化还原液流电池指的是通过电解质中包含的离子的氧化还原反应来存储或者释放电能的电化学能量存储设备。氧化还原液流电池的正电解质和负电解质由电解质膜彼此分离，并且由于电解质膜两端的离子的浓度差而发生了扩散。

然而，因为活性材料的扩散速度取决于活性材料的类型而变化，发生了其中活动材料的数量随着时间的推移偏向正电解质和负电解质中任何一者的现象。该现象导致活性材料的容量的不平衡而减少电解质可用性，由此减少了电池容量。该现象被称为由活性材料的跨渡(crossover)导致的容量衰减。

在尝试克服由活性材料的容量的不平衡导致的容量衰减方面，存在这样一种方法，在该方法中，正电解质和负电解质彼此混合，并且然后分成两等份，使得正电解质的活性材料和负电解质的活性材料具有相同的氧化值。该方法被称为总混合方法。然而，该方法的缺点在于：将正电解质和负电解质彼此混合所需要的泵能量和电池在充电状态的能量丢失，并且需要大量的时间直到完成正电解质和负电解质的混合(总混合)为止。

为了消除这种能量和时间的浪费，使用其中与电池容量衰减对应的活性材料从一个电解质槽部分转移到另一个电解质槽的技术。这被称为部分转移。为了应用这种技术，应当提前评估正电解质和负电解质在电池容量衰减方面的信息。

同时，除由正电解质和负电解质的容量的不平衡导致的容量衰减之外，活性材料的化合价的不平衡导致的容量衰减还会发生。理论上，正电解质和负电解质的化合价平衡应当总是维持恒定同时它们形成氧化还原对。然而，由于在电池的使用期间由进气、过压等导致的副反应，所以氧化还原反应独立地发生在仅一种电解质中。因此，发生了其中正电解质和负电解质的化合价平衡破坏的现象。理论上，可以由活性材料的跨渡导致的容量衰减能够通过如上所述的总混合或者部分转移而恢复到100％容量。然而，由不可逆反应造成的活性材料的化合价不平衡导致了永久的电池容量衰减，并且由于这个原因，需要在电解质的评估期间独立于容量衰减之外来评估活性材料的化合价平衡。

发明内容

本公开的目的在于提供一种用于评估氧化还原液流电池的方法和系统可以通过评估正电解质和负电解质在电池容量衰减方面的信息以及关于正电解质和负电解质在原位的化合价平衡的信息而迅速解决氧化还原液流电池的容量衰减问题。

本公开的另一个目的在于提供一种用于评估氧化还原液流电池的方法和系统，其使氧化还原液流电池的能量能够有效控制且稳定使用，并且可以提高氧化还原液流电池的性能的可靠性。

本公开的目的不限于上述目的，并且本公开的其它目的和优势将通过本公开的下面详细描述和实施例更清楚地理解。此外，可以容易理解的是，本公开的目的和优势可以由权利要求中给出的装置及其组合来实现。

在一个实施例中，用于评估氧化还原液流电池的系统包括：控制单元，其被配置为控制在检测电芯和所述氧化还原液流电池之间连接的流通道或在所述检测电芯和搅拌器之间连接的流通道的路径；以及评估单元，其被配置为基于控制所述路径而通过测量所述检测电芯的电流或者电压来评估用在所述氧化还原液流电池中的电解质的电荷状态、容量衰减以及氧化值平衡中的任一个。

在另一个实施例中，用于评估氧化还原液流电池的方法包括以下步骤：控制在检测电芯和所述氧化还原液流电池之间连接的流通道或在所述检测电芯和搅拌器之间连接的流通道的路径；并且基于控制所述路径而通过测量所述检测电芯的电流或者电压来评估用在所述氧化还原液流电池中的电解质的电荷状态、容量衰减以及氧化值平衡中的任一个。

附图说明

图1是示出根据本公开的实施例的用于评估氧化还原液流电池的系统的配置的示意图；

图2和图3示出根据本公开的用在用于评估氧化还原液流电池的系统中的三通阀的操作的示意图；

图4是示出根据本公开的第一实施例的用于评估氧化还原液流电池的系统的操作的示意图；

图5是示出本公开的第一实施例中测量的电荷状态和理论上计算出的电荷状态之间的比较的曲线图；

图6是示出根据本公开的第二实施例的用于评估氧化还原液流电池的系统的操作的示意图；

图7是示出第一实施例中测量的检测电芯的容量和氧化还原液流电池的主堆的容量之间的比较的曲线图；

图8是示出根据本公开的第三实施例的用于评估氧化还原液流电池的系统的操作的示意图；