CN109841875A - 一种全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法，通过在负极电解液管道中并联一个电解液价态还原装置，通过电解的方法降低全钒液流电池储能模块中电解液的价态，当价态达到平衡时，停止电解。本发明通过在负极电解液管道中并联一个电解液价态还原装置，只需要消耗电能，不需要在储能模块中增加其它物质，充分利用储能模块的泵和管路，不仅使用简单方便，操作简单，而且相对其它方法能有效降低人工成本，同时，可以进行在线操作，在不停止储能模块运行的条件下，达到储能模块电解液整体价态降低的目的。

Description

一种全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，具体涉及一种钒电池电解液价态平衡方法。

背景技术

全钒液流电池作为一种专门为规模化电力储能而设计的储能电池，具有功率容量独立设计、易于扩展、运行安全、使用寿命长以及电解液可循环利用等优点，是大规模和分布式新能源接入、智能电网等领域的关键环节之一。全钒液流储能电池是将具有不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中。电解液通过泵的作用，由外部贮液罐循环分别流经电池的正极室和负极室，并在电极表面发生氧化和还原反应，实现对电池的充放电。

全钒液流电池储能系统在长期使用过程中会出现正负极两侧钒离子的渗透以及各种副反应，导致电解液整体价态升高，电堆充放电容量降低，不进行维护会持续降低储能系统的容量，严重影响储能系统的性能。现有技术中，通常通过在正极电解液中加入价态较低的电解液降低价态，或将高价态电解液抽出还原后再重新注入。

中国专利文献CN201410040024.X公开了钒电池及其电解液再平衡的方法，该专利通过低价钒离子溶液供应装置向正极电解液储罐通入低价钒离子溶液，中和其中的五价钒离子。还可以使用高价钒离子溶液回收装置回收正极电解液储罐中多余的高价钒离子溶液，从而减少正负极电解液中钒离子的摩尔量之差。在低价钒离子溶液与正极钒离子溶液共混过程中，还需要加入硫酸和水调节电解液中硫酸的浓度和体积，操作复杂。该方法只能在钒电池储能系统外部对电解液进行调节，维护速度慢，成本高。

中国专利CN200810012119.5公开了一种钒电池溶液的制备或容量调节的方法及专用装置，其在线调节方式是将电解装置串联在全钒液流电池正极溶液的出口与正极溶液储罐之间，通过强制对流的方式使存储在阳极电解液储罐的阳极电解液通过电解槽阴极，通过电解方式使电解液还原，在电解池的正极产生氧气，该方法只还原正极电解液，未还原负极电解液。同时，其电解装置串联在正极电解液出口与正极储液罐之间，管路系统阻力较大，串联在管路中会导致储能系统无法运行。

因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法，通过在负极电解液管道中并联一个电解液价态还原装置，只需要消耗电能，不需要在储能模块中增加其它物质，充分利用储能模块的泵和管路，不仅使用简单方便，操作简单，而且相对其它方法能有效降低人工成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法，通过在负极电解液管道中并联一个电解液价态还原装置，通过电解的方法降低全钒液流电池储能模块中电解液的价态，当价态达到平衡时，停止电解。

根据以上方案，所述电解液价态还原装置包括负极出液口、负极进液口、电解装置、正极液泵、还原装置正极储液罐，所述电解装置的电极为耐氧化材料，所述负极出液口、负极进液口通过管道和阀门与所述储能模块中的负极储液罐连通。

根据以上方案，所述还原装置正极储液罐中装有用于提高纯净水导电性的电解质水溶液，所述电解质为浓度为1-7mol/L的硫酸溶液。

根据以上方案，所述电解液价态还原装置的负极出液口、负极进液口通过管道和阀门与所述储能模块中的负极液主管道连通，与进去储能模块中电堆的负极液管道并联，以降低电解液电解过程中的阻力。

根据以上方案，所述电解液价态还原装置的正极设有排气装置，所述排气设置在所述还原装置正极储液罐上。

根据以上方案，所述电解液价态还原装置的负极通入氮气，直接向所述储能模块负极补充氮气。

本发明的基本工作原理：

单独运行模式：电解液价态还原装置与储能模块的负极液管道连通后，关闭对应储能模块负极液进去电堆的阀门时，使负极电解液通过电解液价态还原装置运行，将高价态的负极液还原成低价态，当价态达到平衡时，停止电解，恢复储能模块工作。

在线运行模式：电解液价态还原装置与储能模块的负极液管道连通后，不关闭对应储能模块负极液进去电堆的阀门，使负极电解液一部分进入电堆、一部分进入本发明的电解液价态还原装置，在不影响储能模块工作的情况下，同时进行负极液的还原，在线运行，将高价态的负极液还原成低价态，当价态达到平衡时，停止电解。同时，可通过控制电解液价态还原装置的负极进液口开关大小、泵的流量和电流，控制电解液被还原的速度。

本发明的有益效果是：

1)本发明通过电解的方式降低电解液的价态，不要在储能模块电解液中添加其它物质或进行其它操作，简便易行；

2)本发明充分利用全钒液流电池储能模块的管路、泵、电源，设备结构简单，安装与拆除容易，电解操作简单，电解液还原过程可与储能模块运行的同时进行，不会影响储能模块工作，还便于补充氮气；

3)本发明的电解液还原过程只消耗水，无排放，清洁环保，且相对其它方法能有效降低人工成本。

4)本发明可以进行在线操作，在不停止储能模块运行的条件下，达到储能模块电解液整体价态降低的目的。

附图说明

图1是本发明的电解液价态还原装置的结构示意图；

图2是本发明的电解液价态还原装置接入储能模块最佳位置示意图。

图中：1、负极出液口；2、负极进液口；3、电解装置；4、正极液泵；5、还原装置正极储液罐；6、储能模块负极储液罐；7、电解液价态还原装置；8、电堆；9、储能模块正极储液罐；10、负极泵；11、正极泵。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

实施例1，见图1至图2：

本发明提供一种全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法：对于100kW全钒液流电池储能模块，电解液整体价态偏高，其正极电解液价态偏高，负极电解液价态正常，电解液价态还原装置其正极使用2mol/L的稀硫酸溶液，负极连接到100kW全钒液流电池储能模块负极电解液主管路中，并绕过100kW全钒液流电池储能模块电堆，并关闭并联部分管路阀门；在储能模块停止运行情况下，启动100kW全钒液流电池储能模块电堆负极的泵，启动电解液还原装置负极的泵，开启电解装置电源，进行电解；当100kW全钒液流电池储能模块负极电解液价态，正负极整体价态降到3.5价时，停止电解，拆除电解液价态还原装置，还原储能模块管路。

进一步地，所述电解液价态还原装置7包括负极出液口1、负极进液口2、电解装置3、正极液泵4、还原装置正极储液罐5，所述电解装置3的电极为耐氧化材料，所述负极出液口1、负极进液口2通过管道和阀门与所述储能模块中的负极储液罐6连通(见图1和图2)。

本发明的电解液价态还原装置7接入储能模块最佳位置示意图如图2所示，所述储能模块包括储能模块负极储液罐6、电堆8、储能模块正极储液罐9、负极泵10、正极泵11。

实施例2：

本发明提供一种全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法：对于300kW全钒液流电池储能模块，其电解液整体价态偏高，正极价态约为4.5价，负极价态约为2.8价，电解液价态还原装置其正极使用4mol/L的稀硫酸溶液，负极连接到300kW全钒液流电池储能模块负极电解液主管路中，并绕过300kW全钒液流电池储能模块电堆；启动300kW全钒液流电池储能模块，在储能模块运行的条件下，开启电解装置电源，进行电解；当300kW全钒液流电池储能模块正极电解液与负极电解液总体价态达到3.5价时，停止电解，拆除电解液价态还原装置，还原储能模块管路。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法，其特征在于，通过在负极电解液管道中并联一个电解液价态还原装置，通过电解的方法降低全钒液流电池储能模块中电解液的价态，当价态达到平衡时，停止电解。

2.根据权利要求1所述的全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法，其特征在于，所述电解液价态还原装置包括负极出液口、负极进液口、电解装置、正极液泵、还原装置正极储液罐，所述电解装置的电极为耐氧化材料，所述负极出液口、负极进液口通过管道和阀门与所述储能模块中的负极储液罐连通。

3.根据权利要求1或2所述的全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法，其特征在于，所述还原装置正极储液罐中装有用于提高纯净水导电性的电解质水溶液，所述电解质为浓度为1-7mol/L的硫酸溶液。

4.根据权利要求1或2所述的全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法，其特征在于，所述电解液价态还原装置的负极出液口、负极进液口通过管道和阀门与所述储能模块中的负极液主管道连通，与进去储能模块中电堆的负极液管道并联。

5.根据权利要求1或2所述的全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法，其特征在于，所述电解液价态还原装置的正极设有排气装置，所述排气设置在所述还原装置正极储液罐上。

6.根据权利要求1或2所述的全钒液流电池储能模块用电解液价态均衡控制方法，其特征在于，所述电解液价态还原装置的负极通入氮气，直接向所述储能模块负极补充氮气。