[发明专利]一种锌溴液流电池实时SOC检测方法

说明书

本发明涉及液流电池领域，特别设计一种锌溴液流电池实时SOC检测方法，电池实时SOC通过以下方法计算得出：其中n₀为锌溴液流电池运行前电解液初始浓度；n₁为锌溴液流电池运行时实时电解液浓度。该方法操作简单，维护方便，使用灵活，可以实时监测锌溴液流电池SOC。

技术领域

本发明涉及液流电池领域，特别涉及一种液流电池荷电状态检测方法。

背景技术

锌溴液流电池(zinc bromine flow battery,ZBB)是一种能量转换效率高、能量密度高(理论能量密度435wh/kg)、关键材料(隔膜、电解液)价格便宜的液流储能电池，广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电、电网调峰调频、通信基站等领域，由于其系统成本价格便宜，循环使用寿命长使其成为大规模储能技术首选技术之一。

锌溴液流电池通过正负极间活性物质的氧化还原反应实现电能与化学能之间的相互转换，充电过程中正极溴离子被氧化成溴单质，并被溶液中的季铵盐络合生成不溶于水的油相络合物沉积于储液罐底部，而负极溶液中锌离子则被还原为锌单质沉积于电极表面，由于锌溴液流电池正负极氧化还原反应的特殊性，通过测量OCV的方法，并不能准确反应该电池的荷电状态，即SOC。Hyun Ju Lee等提出一种通过在线拉曼光谱检测锌溴电池SOC的方法，但该方法在实际使用中操作复杂，不利于工程化应用。

发明内容

本发明提供一种锌溴液流电池SOC检测方法，通过测量电解液电导率来快速检测电池SOC，从而利于对整个电池系统的电解液状态的监测。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

电池实时SOC通过以下方法计算得出：

其中n₀为锌溴液流电池运行前电解液初始浓度；

n₁为锌溴液流电池运行时实时电解液浓度；

n₁通过测量电池运行时电解液电导率y计算获得。

采用电解液电导率y来确认此时的实时电解液浓度n₁的过程为将电解液电导率y代入电解液浓度与电导率之间直线方程获得；即将电池实际运行过程中所测量的电解液电导率带入根据拟合曲线所得电解液电导率与浓度的关系曲线方程，得出实时电解液浓度；

直线方程获得过程：通过测定在x MKCl+zM 1-甲基-1-乙基溴化吡咯烷 (MEP)电解液中在含有0.01M至电解液中ZnBr₂初始浓度至少3个浓度值时的电解液电导率y，以ZnBr₂摩尔浓度和电导率分别作横纵坐标拟合曲线，得出电解液浓度与电导率之间关系的回归直线方程。

x为KCl在电解液中的初始浓度，其为2-4M；z为MEP在电解液中的初始浓度，其为0.4-1M；电解液中ZnBr₂初始浓度为1-4M。

有益效果

该方法操作简单，维护方便，使用灵活，可以实时监测锌溴液流电池 SOC。

附图说明

图1为实施例1的电解液浓度与电导率之间关系的回归直线方程坐标图

具体实施例

实施例1

锌溴液流电池初始电解液为3MKCl、0.8MMEP、2M ZnBr₂，选取电解液中ZnBr₂浓度为0.1M,0.5M,1M,1.5M,2M时，测定电导率y，拟合曲线，拟合曲线相关系数R²＝0.99717，得出电解液浓度与电导率之间关系的回归直线方程：y＝342.40381-55.49393n₁。

正、负极电解液分别为60ml 2mol/LZnBr₂+3mol/LKCl+0.8M MEP，单电池依次正极端板、正极6x6cm²石墨板、碳毡、隔膜、碳毡、负极6x6cm²石墨板、负极端板。充放电电流密度40mA/cm²，充电1h。充电1h后取负极电解液测量电解液电导率y为253mS/cm,带入电解液浓度与电导率之间关系的回归直线方程得出电解液中溴化锌浓度为1.6mol/L，n₀＝2，n₁＝1.6计算得出电解液SOC为20％。