[发明专利]一种用于实时监测全钒液流电池副反应的方法及系统

权利要求书

1.一种用于实时监测全钒液流电池副反应的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取采样数据，即通过SOC检测装置对不同浓度的正负极电解液相对于参比溶液的电位参数进行采样，同时对正极电解液总体积、负极电解液总体积进行采集；所述SOC检测装置包括端板、第一双极板、正/负极电解液检测腔、离子交换膜、分别与所述正/负极电解液检测腔相连通的正极电解液进出口管路与负极电解液进出口管路，多个开设有第一通孔的绝缘板、参比检测腔以及置于所述参比检测腔作为电位测试电极的第二双极板，其中，所述绝缘板被分别设置于所述离子交换膜两侧以间隔参比检测腔与正/负极电解液检测腔；所述参比检测腔内充有参比溶液；所述参比检测腔开有供参比溶液流通更新的第二通孔；所述第二双极板置于参比检测腔内部分开有空腔，所述空腔的开孔面积与参比检测腔腔体内电极总面积的比例范围为0～1；所述第一通孔为直通孔或者沿所述绝缘板厚度方向延伸弯折的弯折孔；

S2、通过采样数据拟合出计算正/负极电解液电位经验公式；

其中，所述正极电解液电位经验公式为

所述负极电解液电位经验公式为

式中，E_正、E_负分别为正负极电解液电位，单位mV；分别为2价、3价、4价、5价钒离子浓度；A_正正极电位经验公式常数项为695.4；B_正正极电位经验公式4价钒离子系数为-19.1；C_正正极电位经验公式5价钒离子系数为165.2；A_负负极电位经验公式常数项为-746.8；B_负负极电位经验公式2价钒离子系数为-65.9；C_负负极电位经验公式3价钒离子系数为129.5；

S3、建立电解液浓度监测数据库并确定待测正极电解液和负极电解液中各个价态钒离子浓度，所述电解液浓度监测数据库包括正极电解液电位经验公式、负极电解液电位经验公式、钒总物质的量守恒公式、正极钒浓度区间不等式以及负极钒浓度区间不等式；

S4、基于所确定的待测正/负极电解液中各个价态钒离子浓度，计算出电池系统平均价态；

式中，M为系统各价态钒离子的平均价态，分别为2、3、4、5价钒离子浓度，V_正、V_负分别为正负极电解液体积；

S5、基于所确定的电池系统平均价态所对应的偏移初始值的情况，确定恢复剂添加量，使得电池系统容量得到恢复；

所述恢复剂添加量的计算公式：

式中，M_恢复剂为恢复剂的摩尔质量，n_恢复剂为每摩尔恢复剂完全反应价态变化量，N_总为系统钒总的摩尔数；

所述钒总物质的量守恒公式为

式中V_正、V_负分别为正、负极电解液体积，N_总为电池系统内各价态钒离子的总物质的量，单位为mol；

所述正极钒浓度区间不等式

式中，c_初始总为初始加入系统内的电解液浓度值；

所述负极钒浓度区间不等式

式中，c_初始总为初始加入系统内的电解液浓度值。

2.根据权利要求1所述的用于实时监测全钒液流电池副反应的方法，其特征在于：

在进行数据采样时，在全钒液流储能电池系统正负极电解液组成变化范围内，以不同价态钒离子浓度变化间隔不大于0.2mol/L，正负极电解液总钒浓度取样点不少于3个为采样条件进行采样。

3.根据权利要求1所述的用于实时监测全钒液流电池副反应的方法，其特征在于：

所述参比溶液为具有钒离子的电解液。

4.一种用于实时监测全钒液流电池副反应的系统，其特征在于，包括：

数据采样单元，用于通过SOC检测装置对不同浓度的正负极电解液相对于参比溶液的电位参数进行采样，同时对正极电解液总体积、负极电解液总体积进行采集；所述SOC检测装置包括端板、第一双极板、正/负极电解液检测腔、离子交换膜、分别与所述正/负极电解液检测腔相连通的正极电解液进出口管路与负极电解液进出口管路，多个开设有第一通孔的绝缘板、参比检测腔以及置于所述参比检测腔作为电位测试电极的第二双极板，其中，所述绝缘板被分别设置于所述离子交换膜两侧以间隔参比检测腔与正/负极电解液检测腔；所述参比检测腔内充有参比溶液；所述参比检测腔开有供参比溶液流通更新的第二通孔；所述第二双极板置于参比检测腔内部分开有空腔，所述空腔的开孔面积与参比检测腔腔体内电极总面积的比例范围为0～1；所述第一通孔为直通孔或者沿所述绝缘板厚度方向延伸弯折的弯折孔；

采样数据拟合单元，用于通过数据采样单元所获取的采样数据拟合出正/负极电解液电位经验公式；

其中，所述正极电解液电位经验公式为

所述负极电解液电位经验公式为

式中，E_正、E_负分别为正负极电解液电位，单位mV；分别为2价、3价、4价、5价钒离子浓度；A_正正极电位经验公式常数项为695.4；B_正正极电位经验公式4价钒离子系数为-19.1；C_正正极电位经验公式5价钒离子系数为165.2；A_负负极电位经验公式常数项为-746.8；B_负负极电位经验公式2价钒离子系数为-65.9；C_负负极电位经验公式3价钒离子系数为129.5；

浓度监测单元，用于基于所建立的电解液浓度监测数据库确定待测正极电解液和负极电解液中各个价态钒离子浓度，所述电解液浓度监测数据库包括正极电解液电位经验公式、负极电解液电位经验公式、钒总物质的量守恒公式、正极钒浓度区间不等式以及负极钒浓度区间不等式；

系统平均价态计算单元，用于基于所确定的待测正/负极电解液中各个价态钒离子浓度，计算出电池系统平均价态；

所述电池系统平均价态计算公式为

式中，M为系统各价态钒离子的平均价态，分别为2、3、4、5价钒离子浓度，V_正、V_负分别为正负极电解液体积；

容量恢复单元，用于基于所确定的电池系统平均价态所对应的偏移初始值的情况，确定恢复剂添加量，使得电池系统容量得到恢复；

所述恢复剂添加量的计算公式：

式中，M_恢复剂为恢复剂的摩尔质量，n_恢复剂为每摩尔恢复剂完全反应价态变化量，N_总为系统钒总的摩尔数；

其中，所述钒总物质的量守恒公式为

式中V_正、V_负分别为正、负极电解液体积，N_总为电池系统内各价态钒离子的总物质的量，单位为mol；

所述正极钒浓度区间不等式

式中，c_初始总为初始加入系统内的电解液浓度值；

所述负极钒浓度区间不等式

式中，c_初始总为初始加入系统内的电解液浓度值。