[发明专利]一种纵向均匀流场液流电池及其工作方法

说明书

本发明公开一种纵向均匀流场液流电池及其工作方法，液流电池包括设置在液流电池本体上的正极电解液回流区、正极电解液供给区、正极电极、交换膜、负极电极、负极电解液供给区和负极电解液回流区；电解液供给区为具有流路及除流路外空腔的腔体，电解液供给区设置有电解液分配流路和树状电解液供给支路，采用新型逐级树状分布纵向流入流场，保证电解液能够直接均匀供给到电极表面，提高电解液反应程度，提升电池效率。

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，具体涉及纵向均匀流场液流电池及其工作方法。

背景技术

随着环境污染、化石能源紧缺等问题的日益严重，人们对风能、太阳能等可再生能源的开发和利用越来越广泛，但这些可再生能源所具有间歇性、波动性为可再生能源的直接并网带来了巨大的挑战。大规模储能技术是解决可再生能源发电间歇性问题的重要手段，同时也是解决电力系统供需矛盾、保证电网稳定运行、发展智能电网的关键技术。现有储能技术由于特殊地质地理要求、低能量密度、高成本、低循环寿命等技术显示，难以得到广泛应用。比如锂离子电池成本较高、循环寿命有限、安全性较差，铅酸电池循环寿命短，这些问题使得这类技术难以胜任大规模储能的要求。作为一种新型大规模电化学储能技术，液流电池得到了人们越来越多的关注。液流电池通过溶解在电解液中活性物质电子的得失(价态变化)进行“电能-化学能-电能”的转化，进而实现电能的储存与释放。相对于其他储能技术，液流电池具有输出功率与容量相互独立、系统设计灵活、响应速度快、能量效率高、自放电速率低及使用寿命长等优点，在大规模储能领域得到了越来越多的应用。

当前液流电池按照流场结构的不同可以分为“流通型”和“流经型”两种，其中“流通型”液流电池是通过电解质在电极侧面流向另一侧进行氧化还原反应实现运行，这一过程需要电解质横向流经整个电极表面，带来巨大的泵功消耗的同时，由于流动过程中电解质的消耗也导致电极表面电解质浓度分布不均匀，很大程度上降低了液流电池的工作效率。

因此，针对液流电池在流动过程中出现的电解质泵功过高、电极内电解质浓度分布不均匀等问题，一种反应均匀、泵功较低的高效液流电池亟待出现。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种反应高效，功耗节约的纵向均匀流场液流电池及其工作方法，提高电池效率，降低电池额外泵功。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种纵向均匀流场液流电池，包括设置在液流电池本体上的正极电解液回流区、正极电解液供给区、正极电极、交换膜、负极电极、负极电解液供给区和负极电解液回流区；

正极电解液供给区与正极电解液回流区和正极电极相连，正极电极和负极电极通过交换膜隔开，负极电解液供给区与负极电极和负极电解液回流区相连；

正极电解液供给区为具有流路及除流路外空腔的腔体，正极电解液供给区设置有正极电解液进口、正极电解液分配流路和树状正极电解液供给支路；正极电解液进口为正极电解液分配流路进口与液流电池外侧相连，树状正极电解液供给支路进口与正极电解液分配流路相连，树状正极电解液供给支路出口与正极电极相连；正极电解液供给区空腔与正极电极相连；

正极电解液回流区设置阵列状正极电解液排出支路、正极电解液回收流路和正极电解液出口；阵列状正极电解液排出支路进口通过正极电解液供给区空腔部分与正极电极相连，阵列状正极电解液排出支路出口与正极电解液回收流路相连，正极电解液出口为正极电解液回收流路出口与液流电池外侧相连；树状正极电解液供给支路与阵列状正极电解液排出支路不直接连通；

负极电解液供给区为具有流路及除流路外空腔的腔体，负极电解液供给区设置有负极电解液进口、负极电解液分配流路和树状负极电解液供给支路；负极电解液进口为负极电解液分配流路进口与液流电池外侧相连，树状负极电解液供给支路进口与负极电解液分配流路相连，树状负极电解液供给支路出口与负极电极相连；负极电解液供给区空腔与负极电极相连；