一種液流電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種液流電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球化石能源消耗的速度逐年增加，并帶來全球環(huán)境變暖、生態(tài)破壞等嚴(yán)重的環(huán)境問題。展望人類未來的能源，除合理的開發(fā)和利用煤、石油、天然氣，重視水力的開發(fā)外，需要進(jìn)一步開發(fā)新能源，主要是核能、太陽能、生物質(zhì)能、氫能以及各種可再生能源，如地?zé)崮?、海洋能、風(fēng)能等，從而構(gòu)成一個(gè)以核能為主角的綜合性的世界能源體系。太陽能、風(fēng)能和海洋能等可再生能源發(fā)電具有波動(dòng)性、隨機(jī)性的不利特征，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行造成負(fù)面影響。儲(chǔ)能技術(shù)具有動(dòng)態(tài)吸收能量并適時(shí)釋放的特點(diǎn)，是保證高效智能電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。目前，具有較好應(yīng)用前景的電力儲(chǔ)能技術(shù)有抽水電站、壓縮空氣、飛輪、超導(dǎo)磁、超級(jí)電容器、蓄電池和液流電池。
[0003]液流電池是一種新型蓄電儲(chǔ)能系統(tǒng)，利用正負(fù)極電解液分開，各自循環(huán)的一種高性能蓄電池，并且其電堆和電解液儲(chǔ)槽相互分離的特殊構(gòu)造，因此，充放電功率與容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)，具有較高的靈活性。同時(shí)液流電池還具有高速響應(yīng)特性。因此液流電池具有容量高、使用領(lǐng)域廣、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，故在很多領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。
[0004]液流電池工作時(shí)，通過導(dǎo)液泵推動(dòng)正負(fù)極電解液不斷循環(huán)流動(dòng)，需要大量泵功，同時(shí)隨著循環(huán)流動(dòng)進(jìn)行，正負(fù)極電解液高低價(jià)態(tài)離子濃度不斷變化，使得放電過程的輸出電壓不斷變化，同時(shí)由于存在很大的濃差極化現(xiàn)象，進(jìn)而惡化液流電池充放電過程中的SOC狀態(tài)。所以可以采取一些措施來改進(jìn)液流電池系統(tǒng)工作模式，降低循環(huán)流動(dòng)所需泵功，并改善液流電池充放電性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種液流電池系統(tǒng)，可以減小氧化還原液流電池系統(tǒng)電解液循環(huán)流動(dòng)泵功，且放電過程輸出電壓穩(wěn)定，具有成本低廉，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種液流電池系統(tǒng)，包括液流電池或液流電池組8、正極高位電解液儲(chǔ)液罐5、正極低位電解液儲(chǔ)液罐4、負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐7以及負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐6，其中:
[0008]所述正極高位電解液儲(chǔ)液罐5通過管路與液流電池或液流電池組8的正極上端口相連，在其連通管路上設(shè)置有閥門一 21，所述正極低位電解液儲(chǔ)液罐4通過管路與液流電池或液流電池組8的正極下端口相連；
[0009]所述負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐7通過管路與液流電池或液流電池組8的負(fù)極上端口相連，在其連通管路上設(shè)置有閥門二 22，所述負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐6通過管路與液流電池或液流電池組8的負(fù)極下端口相連。
[0010]所述正極高位電解液儲(chǔ)液罐5的空間布置位勢(shì)高于正極低位電解液儲(chǔ)液罐4的空間布置位勢(shì)，所述負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐7的空間布置位勢(shì)高于負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐6的空間布置位勢(shì)。
[0011]所述正極高位電解液儲(chǔ)液罐5中的正極電解液離子價(jià)態(tài)高于所述正極低位電解液儲(chǔ)液罐4中的正極電解液離子價(jià)態(tài)；所述負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐7中的負(fù)極電解液離子價(jià)態(tài)低于負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐6中的負(fù)極電解液離子價(jià)態(tài)。
[0012]所述閥門一 21和閥門二 22為液體輸送閥門。
[0013]所述正極低位電解液儲(chǔ)液罐4與液流電池或液流電池組8的正極下端口的連通管路上設(shè)置有導(dǎo)液泵一 11，通過導(dǎo)液泵11經(jīng)液流電池或液流電池組8的正極空間實(shí)現(xiàn)充電時(shí)儲(chǔ)存正極電解液的儲(chǔ)液罐的導(dǎo)通過程；所述負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐6與液流電池或液流電池組的負(fù)極下端口的連通管路上設(shè)置有導(dǎo)液泵二 12，通過導(dǎo)液泵12經(jīng)液流電池或液流電池組8的負(fù)極空間實(shí)現(xiàn)充電時(shí)儲(chǔ)存負(fù)極電解液的儲(chǔ)液罐的導(dǎo)通過程。這種單向的充電方式，正、負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐中的電解液離子濃度始終不變，參與電化學(xué)反應(yīng)的電解液離子濃度不變，降低了充電過程濃差極化的影響，改善了液流電池在充電過程中的SOC狀態(tài)。同時(shí)提高了電解液的利用率，進(jìn)而節(jié)省了液流電池的投資成本。
[0014]所述正極高位電解液儲(chǔ)液罐5和正極低位電解液儲(chǔ)液罐4的空間布置存在相對(duì)位勢(shì)差，依靠二者電解液之間的液位差，在重力場(chǎng)的作用下，通過控制閥門一 21的開度，正極高位電解液儲(chǔ)液罐5中的電解液以恒定流量，經(jīng)液流電池或液流電池組8的正極空間實(shí)現(xiàn)放電時(shí)儲(chǔ)存正極電解液的儲(chǔ)液罐的導(dǎo)通過程；所述負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐7和負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐6的空間布置存在相對(duì)位勢(shì)差，依靠二者電解液之間的液位差，在重力場(chǎng)的作用下，通過控制閥門二 22的開度，負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐7中的電解液以恒定流量，經(jīng)液流電池或液流電池組8的負(fù)極空間實(shí)現(xiàn)放電時(shí)儲(chǔ)存負(fù)極電解液的儲(chǔ)液罐的導(dǎo)通過程。這種單向的放電方式，正、負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐中的電解液離子濃度始終不變，參與電化學(xué)反應(yīng)的電解液離子濃度不變，使得充放電過程的輸出電壓基本保持穩(wěn)定，并降低了放電過程濃差極化的影響，改善了液流電池在放電過程中的SOC狀態(tài)。特別是，放電過程中電解液的流動(dòng)引入了位勢(shì)差引起的勢(shì)能，顯著降低了泵功消耗。即充電過程消耗的泵功機(jī)械能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能儲(chǔ)存起來，推動(dòng)放電過程電解液的流動(dòng)，達(dá)到節(jié)能效果。
[0015]所述正極高位電解液儲(chǔ)液罐5和正極低位電解液儲(chǔ)液罐4之間連接有壓力平衡管一 31，負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐7和負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐6之間連接有壓力平衡管二 32。
[0016]由于正負(fù)極儲(chǔ)液罐分別與外界隔絕，所以在電解液流動(dòng)過程中會(huì)造成高、低位儲(chǔ)液罐壓力不平衡，通過壓力平衡管使高、低位儲(chǔ)液罐上下導(dǎo)通，消除壓力變化的影響。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]I)充電過程中消耗的泵能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能儲(chǔ)存起來，用于放電過程，增大了放電容量。
[0019]2)充放電過程輸出電壓穩(wěn)定。
[0020]3)濃差極化影響顯著減小。
[0021]4)電解液利用率提高，降低投資成本。
[0022]5)系統(tǒng)改造投資成本低廉。
[0023]綜合來看，本發(fā)明的液流電池系統(tǒng)具有節(jié)能、輸出電壓穩(wěn)定、低成本和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在大規(guī)模電力儲(chǔ)能領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明一種液流電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明一種液流電池系統(tǒng)充電運(yùn)行模式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3為本發(fā)明一種液流電池系統(tǒng)放電運(yùn)行模式結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0028]圖1給出了本發(fā)明一種液流電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括:
[0029]液流電池或液流電池組8、正極高位電解液儲(chǔ)液罐5、正極低位電解液儲(chǔ)液罐4、負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐7以及負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐6等。正極高位電解液儲(chǔ)液罐5的空間布置位勢(shì)高于正極低位電解液儲(chǔ)液罐4的空間布置位勢(shì)，負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐7的空間布置位勢(shì)高于負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐6的空間布置位勢(shì)。正極高位電解液儲(chǔ)液罐5中的正極電解液離子價(jià)態(tài)高于所述正極低位電解液儲(chǔ)液罐4中的正極電解液離子價(jià)態(tài)；負(fù)極高位電解液儲(chǔ)液罐7中的負(fù)極電解液離子價(jià)態(tài)低于負(fù)極低位電解液儲(chǔ)液罐6中的負(fù)極電解液離子價(jià)態(tài)。
[0030]本發(fā)明的具體操作方法是:
[0031]由于該液流電池系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)充電和放電兩個(gè)過程，因此其具體操作主