[实用新型]一种提高电解液利用率的四储罐液流电池结构

说明书

本实用新型公开了一种提高电解液利用率的四储罐液流电池结构，属于新能源储能领域。本实用新型与传统的液流电池相比，在正极电解液进液口、负极电解液进液口、正极电解液出液口和负极电解液出液口分别连接一个独立的储液罐，使进液和出液不在形成循环。本实用新型的电液流池结构中，正负极电解液的利用率显著增加，能大幅度降低电池电堆与储液罐之间电解液荷电状态的差异，降低电堆与储液罐之间的浓差极化。而且在低流速的情况下依然可以保持电池长时间的充放电，可应用于电流密度更大的场合中，保持电池工作正常。在储液罐的体积较大的情况下，能保证储液罐中电解液能保持良好的均匀性，避免传统二储罐结构中电解液混合不均匀对电池带来的影响。

技术领域

本实用新型属于新能源储能领域，具体涉及一种提高电解液利用率的四储罐液流电池结构。

背景技术

近年来，随着人类生产的发展和生活水平的不断提高，对能源的需求量也与日俱增。然而，有限的非可再生能源无法保证人类可持续发展的需要，以化石能源为主的传统能源供应结构日益成为制约社会经济发展的瓶颈。因此，优化能源应用结构，开发可再生新能源，成为世界共同关注与研究的热点。

然而，新能源的利用被时间和外部环境所限制，导致其稳定性和连续性较差，同时也会对电网产生较为严重的冲击。因此，需要在电网系统中配置相应的储能设备，在能源充足时储存电能，在电量缺乏时并网发电，调节能源的供需矛盾，实现削峰填谷，进而实现能源的高效利用与平稳连续的电能输出。

大规模高效储能技术是实现可再生能源发电规模化利用的关键技术。氧化还原液流电池是目前最适合应用于可再生新能源领域的大规模储能技术之一。氧化还原液流电池的概念最早由L.H.Thaller提出，近年来，其研究开发、工程化及产业化也不断取得重要进展，在大规模储能技术领域中表现出巨大的应用前景。和传统的储能系统不同，氧化液流电池的活性物质溶解在其电解液中，并储存于外部储液罐。传统的液流电池结构由两个循环泵分别将正负极电解液从储液罐转移至电池的电堆区域，电解液流经电极区域时，在电极表面上发生化学能与电能之间的相互转化过程，从而实现电能与化学能之间的相互转换，达到储能的目的。

液流电池的电堆由数节或数十节单体电池按压滤机的方式叠合组装。每个电池单元都包括两个半电池，其构成组件有：固体电极、双极板、液流框和端板。在两个半电池之间夹着离子交换膜，将单体电池分为正、负极两个反应区域，起允许质子交换、阻止其他反应离子和杂质离子迁移的作用。固体电极为电化学反应的进行提供了反应场所，电极面积越大，充放电反应速率越大，相对应的功率也就越高。相邻的两个单体电池之间的隔板称为双极板。液流电池系统由电堆、电解液、电解液储液罐、循环泵、管道、辅助设备仪表及检测保护设备组成。电解液储液罐分别用于盛放正负极电解液，并配备两个循环泵用于在封闭的管道中为每个半电池单元输送电解液。充电时，电池的荷电状态(SoC)增加，放电时，电池的荷电状态(SoC)降低。在液流电池中，整个电池系统的电量取决于储液罐的容量和电解液中活性离子的浓度，而其峰值功率则由电池总的表面积决定。

如图7所示，传统液流电池采用的是二储罐的运行方式：首先，在正负极电解液储液罐中加入等体积的电解液，电池开始运行后首先进行充电过程，正负极电解液分别通过循环泵进入电池的电堆区域，并在电极表面上发生氧化还原反应，使电解液的荷电状态(SoC)增加，随后荷电状态(SoC)增加的电解液流出电堆，分别重新回到正负极电解液储液罐中，与储液罐中低荷电状态(SoC)的电解液混合，以此进行电解液的循环，直到电堆中的电压达到充电截止电压。随后进行放电过程，电解液的荷电状态(SoC)逐渐降低，直到电堆中的电压达到放电截止电压，完成一个充放电循环。