[发明专利]一种甲基磺酸铅液流单体电池的充放电方法

说明书

本发明公开了一种甲基磺酸铅液流单体电池的充放电方法，包括以下步骤：(1)测算单体电池体系的析氧电压V0；(2)恒压预充电；(3)恒流充电；(4)恒压限流充电；(5)恒流放电；(6)小电流密度放电。本发明解决了恒流充放电过程中首次充电电压过高和额定电流密度下放电带来的正负极沉积物积累问题，提高了甲基磺酸铅液流电池的充放电效率和使用寿命。

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，具体地涉及一种甲基磺酸铅液流单体电池的充放电方法。

背景技术

由于风能、太阳能等新能源发电的不稳定、不连续特性，因此，制约其健康快速发展的瓶颈在于缺乏低成本、长寿命的储能装置与之配套使用。甲基磺酸铅液流电池是近几年新兴的一种电站式储能电池，适用于kW-MW级新能源储能电站，因其采用单一电解质，无质子交换膜，具有成本低，结构简单，转化效率高等特点而备受关注。

甲基磺酸铅液流电池的原理是采用可溶性的甲基磺酸铅溶液为电解液，充电时在正负极表面分别电沉积形成PbO₂、Pb，放电时，正负极的PbO₂和Pb同时溶解为Pb²⁺进入溶液。由此可见，充电过程的实质是Pb²⁺在酸性水溶液中的电沉积过程，并且，正极的析氧电位仅略高于PbO₂的沉积电位。因此，只有合适的沉积电位才能减少析氧副反应的发生，而放电的实质则是PbO₂、Pb在要求的电流密度(即溶解速率)下溶解进入溶液形成Pb²⁺的过程，因此，越慢的溶解速率越有利于溶解反应的充分进行。

目前，甲基磺酸铅液流电池常用的充放电方法为恒流充电-恒流放电，如图1所示，图中，纵轴V代表电压，纵轴J代表电流密度，横轴t代表时间，S1、为充电时间段，S2为放电时间段，V1为充电电压，V2为放电电压，J为充放电电流密度。恒流充电的原理是通过改变充电装置的输出电压来保持电流强度不变的方法，申请人发现，由于首次充电过程所需的驱动力较大，因此充电电压高于后续循环的充电电压，特别是在大电流密度下充电时，首次充电的高电压容易造成析氧反应的发生而造成电池容量的损失，并且，随着充电过程的进行，充电电压升高，同样会导致析氧反应的发生。另外，在放电过程中，额定的放电电流密度会导致一定程度的放电不完全。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种三段式的甲基磺酸铅液流单体电池的充电方法和两段式的放电方法，解决了恒流充放电过程中首次充电电压过高和额定电流密度下放电带来的正负极沉积物积累问题，提高了甲基磺酸铅液流电池的充放电效率和使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种甲基磺酸铅液流单体电池的充放电方法，包括以下步骤：

(1)测定所述甲基磺酸铅液流单体电池体系下的析氧电位，经过换算得到液流单体电池充电过程中的析氧电压V0；

(2)恒压预充电：以第一预设电压V1充电，直至充电电流密度达到第一预设电流密度J2，其中，1.95VV1V0，第一预设电流密度J2为10～30mA/cm²；

(3)恒流充电：以第一预设电流密度J2进行恒流充电，直至充电电压达到第二预设电压V3；其中，V3＝1.95+0.005×J2；

(4)恒压限流充电：以第二预设电压V3进行恒压充电，直至充电电量达到单体电池的电量阈值；

(5)恒流放电：以第一预设电流密度放电至液流单体电池的放电截止电压；

(6)小电流密度放电：以第二预设电流密度J5进行放电至液流单体电池的放电截止电压，其中J5＜J2。

优选的，所述第二预设电流密度J5为1～5mA/cm²。

优选的，放电截止电压为1.1V。