[发明专利]一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置

说明书

本发明公开了一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，该压力平衡装置包括用于连接负极电解液储液罐和正极电解液储液罐的连通管道，连通管道上串接有除氧器，连通管道上还连通有呼吸阀；除氧器内填装有除氧剂，除氧剂采用浸渍法制得，即将载体用吸附剂溶液浸渍处理制得；载体为氧化铝、硅胶、活性炭、碳纤维、分子筛、二氧化硅中的一种或多种；吸附剂为可发生显色反应的还原剂。本发明提供的全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，取代惰性气体密封/水封系统作为钒电池系统正负极压力平衡装置，并具有检测正极过充现象、吸收氧气保护负极电解液的作用，大大降低外围系统成本投入，实用性较好，操作简单，可有效降低系统压力危险因素。

技术领域

本发明涉及钒电池技术领域，特别是涉及一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置。

背景技术

全钒氧化还原液流电池拥有能量转换效率高、容量可调节、使用寿命长、高安全性和环境友好等优点，主要用于太阳能、风能等可再生能源的发电系统配套储能设备、电网的调峰填谷装置和不间断电源和应急电源系统。

作为一种电化学系统，钒电池把能量储存在含有不同价态钒离子氧化还原电对的电解液中，具有不同氧化还原电对的电解液分别构成电池的正、负极电解液，正、负极电解液中间由离子交换膜隔开，通过外接泵把溶液从储液槽压入电池堆体内完成电化学反应，反应后溶液又回到储液槽，活性物质不断循环流动，由此完成充放电。全钒液流电池通过不同价态钒离子的相互转化来实现电能的储存和释放。正负极电解液的分别是V(Ⅳ)和V(Ⅲ)硫酸电解液。由于组成正负极电解液都是同种元素，从原理上避免了不同种类活性物质在电池正负极间相互渗透产生交叉污染。

全钒液流电池在充电时，将电能转化为化学能储存在不同价态的钒离子中。此时，正极VO²⁺氧化为VO₂⁺，负极中V³⁺还原为V²⁺；放电时将化学能转化成电能，进行放电，此时正极VO₂⁺转化为VO²⁺，负极中V²⁺转化为V³⁺，其充、放电反应为：

正极：

负极：

压力平衡装置是全钒液流电池外围管道系统的重要组成部分，具有控制系统内管道压力大小、维持正负极系统压力平衡，缓解电解液迁移的作用。在钒电池系统运行过程中，因钒离子迁移、管道压损差异等原因，常出现正负极压力不平衡的现象。正负极压力不平衡易导致钒离子迁移现象加剧，随着钒离子不断迁移，正负极电解液浓度差不断扩大，正负极电解液愈加不匹配，导致容量快速的衰减，减小电池使用寿命；另一方面正极易出现过充析氧，加剧压力不平衡现象，形成恶性循环。

目前，钒电池系统压力控制方式主要为使用水封或惰性气体密封进行压力调节。水封装置是采用水封缓冲罐自动调节气压平衡，其缺点主要是，在泵的启动或关闭时由于压力瞬时变化较大，易导致缓冲罐内水倒吸或喷出现象出现，并且，由于正负极储罐单独设置水封，不能保证两储罐内部压力平衡。专利申请CN105428680A中采用一种惰性气体密封装置，该装置包括一个内部充有惰性气体的气压平衡装置，所述气压平衡装置一端连接正极电解液储液罐，另一端连接负极电解液储液罐，使用气压感应开关维持储罐内压力在某一值。其缺点主要有：惰性气体密封系统密封性能较差，易造成惰性气体无功损耗；采购成本较高，且对安装空间有一定需求；系统内压较大，降低系统安全程度。实用新型专利CN202996968U采用一种简易的气压平衡装置，该装置将正、负极储罐上层空间连通，内部通有惰性气体，储罐与外部完全密封，杜绝外部空气进入。此装置虽然能保证正负极储罐上层气压一致，杜绝外部氧气对电解液的氧化，却不能阻止因正极过充析出的氧气对负极电解液氧化。以上技术均不能检测出正极液是否有析氧现象，更不能对析出的氧气进行吸收或消除，析氧现象一旦出现，会加剧钒电池电解液的不匹配性，缩短电池使用寿命。

发明内容