液流電池負極電解液密封系統(tǒng)及液流電池系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及液流電池領域，具體為一種液流電池負極電解液密封系統(tǒng)及液流電池 系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 現代經濟社會發(fā)展對傳統(tǒng)能源的日益增長的需求，使得傳統(tǒng)能源供給不足的問題 日益突出，人們不得不尋找風能和太陽能等可再生能源。近年來W風能和太陽能為代表的 新能源已經占據了能源供給的一席之地，隨著需求增加，新能源的比例仍然在不斷增大，但 其受天氣影響而造成發(fā)電間歇性的缺陷仍然存在，已經成為阻礙其發(fā)展的瓶頸。而液流電 池由于其具備的巨大儲能優(yōu)勢，受到越來越多的關注，且不斷有MW級示范項目及產業(yè)化的 報道出現。大規(guī)模液流儲能技術的發(fā)展為新能源的缺陷提供了很好的補充，配套大規(guī)模液 流電池儲能裝置可W保證風能和太陽能等新能源的平穩(wěn)輸出，實現對電網的削峰填谷。其 中具有電能儲存量大、可深度放電、功率可調、壽命長、容易維修等優(yōu)點的全饑液流電池，已 經成為大規(guī)模能量儲存的首選技術之一。
[0003] 液流電池通過活性物質離子的化合價升高和降低達到電能與化學能的轉化，其關 鍵組成為；電解液、離子交換膜、電極和集流板等?；钚晕镔|儲存在電解液中，如全饑液流電 池正極為V5+/V4+，負極為V3+/V2+ ;鐵鉛液流電池正極為化3+/Fe2+，負極為Cr3+/Crf+ ; 鋒漠液流電池正極為化2/化-、負極為化/化化等。充電時正極溶液中離子向高價態(tài)變化， 例如V4+向V5+轉化，負極電解液中離子向低價態(tài)變化，例如V3+向V化轉化，同時伴隨著 質子的不斷生成。放電過程則與此相反。由于負極溶液在充放電過程中，低價態(tài)離子(例如 V2+/V3+)電對會一直存在，而低價態(tài)離子(例如V化、Fe2+、化2+)極易與空氣中的氧氣發(fā)生 反應自動生成高價態(tài)離子(例如V3+Xr3+、Fe3+等)，使得系統(tǒng)總體的放電容量降低，例如全 饑液流電池負極氧化方程式式為2V化+0化軸+=2V3++2肥0。
[0004] 近年來，科研院所針對負極儲罐的密封性能開展了不少研究，但由于溶液儲罐的 材質特性，多年來一直無法做到對電解液儲罐的絕對密封，1994年歐洲專利EP0729648B1 曾經提到在負極溶液表面平鋪一層厚度約為50~300mm礦物油的密封方法，預期了利用油 脂進行電解液密封的前景。經過試驗證明，由于液態(tài)油脂的良好流動性和氣密性，油脂密封 取得了良好的對負極溶液隔絕空氣的效果，但靜態(tài)試驗無法表征電池系統(tǒng)充放電運行時的 情況，且由于油脂本身的特性-絕緣性、粘附性和流動性，除儲罐壁外，液流電池系統(tǒng)循環(huán) 過程中應當嚴格避免使油脂進入電池堆內部，否則油脂與碳租電極接觸而粘附在其表面， 使碳租失去導電及催化功能，將對液流電池造成不可逆?zhèn)θ缦到y(tǒng)容量和效率急劇下降。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明針對W上問題的提出，而研制一種液流電池負極電解液密封系統(tǒng)及液流電 池系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的技術手段如下：
[0007] -種液流電池負極電解液密封系統(tǒng)，包括：
[0008] 設置在負極儲罐內的負極電解液上的有機物層；
[0009] 連接電堆的負極電解液出口與負極儲罐的第一管路；所述第一管路一端與電堆的 負極電解液出口相連接，另一端置于負極電解液內；
[0010] 連接負極儲罐與電堆的負極電解液入口的第二管路；
[0011] 進一步地，所述有機物層為在工作溫度下為液態(tài)且不溶于水的有機物，選自長鏈 或環(huán)狀的焼姪類、醇類、酵類、離類、麗類、駿酸類、醋類和W上有機物的衍生物中的一種或 多種；
[0012] 進一步地，在工作溫度下所述有機物的密度小于1. 2g/cm3 ;所述有機物層的厚度 為 2 ~100mm。
[0013] 進一步地，所述第一管路另一端始終位于負極電解液液面下方處；
[0014] 進一步地，所述第一管路另一端與負極電解液液面之間的距離同負極電解液高度 的比值小于20% ;
[00巧]另外，還包括：
[0016] 設置在負極儲罐與正極儲罐之間的連通管路；
[0017] 設置在連通管路上，用于開啟或關閉連通管路的電磁閥；
[001引另外，還包括：
[0019] 設置在負極儲罐內，用于監(jiān)測負極電解液液位變化的液位計；
[0020] 連接電磁閥和液位計，用于當液位計所監(jiān)測的負極電解液液位高度低于等于第一 液位高度時控制電磁閥開啟，電磁閥開啟之后當液位計所監(jiān)測的負極電解液液位高于等于 第二液位高度時控制電磁閥關閉的控制單元；
[0021] 進一步地，所述第一管路的置于負極儲罐內的有機物層上面的管路部分采用伸縮 管；
[0022] 進一步地，所述伸縮管外設置有浮球。
[0023] 一種液流電池系統(tǒng)，包括電堆、正極儲罐、負極儲罐、W及上述任一項所述的液流 電池負極電解液密封系統(tǒng)。
[0024] 由于采用了上述技術方案，本發(fā)明提供的液流電池負極電解液密封系統(tǒng)及液流電 池系統(tǒng)，通過在負極儲罐內的負極電解液上設置有機物層，由于液態(tài)有機物分子具有良好 的流動性和氣密性，保證了負極電解液對空氣的較好的空氣隔絕效果，通過連通管路連接 負極儲罐與正極儲罐，控制單元根據負極電解液液位狀態(tài)對設置在連通管路上的電磁閥的 開關狀態(tài)的控制，保證了負極電解液處于安全液位狀態(tài)，且與普通的液流電池系統(tǒng)相比，降 低了容量衰減速度，具有較好的運行安全性和穩(wěn)定性，第一管路一端與電堆的負極電解液 出口相連接，第一管路另一端始終位于負極電解液液面下方處，能夠避免負極電解液帶動 有機物分子進入電堆內部而導致碳租失去導電和催化功能的現象發(fā)生。
【附圖說明】
[00巧]圖1是本發(fā)明所述液流電池系統(tǒng)的結構示意圖；
[0026] 圖2是有機物密封實驗1中的能量密度隨充放電循環(huán)數的變化曲線圖；
[0027] 圖3是有機物密封實驗1中的效率隨充放電循環(huán)數的變化曲線圖；
[002引圖4是有機物密封實驗2中的能量密度隨充放電循環(huán)數的變化曲線圖；
[0029] 圖5是有機物密封實驗2中的效率隨充放電循環(huán)數的變化曲線圖。
[0030] 圖中：1、第一管路，2、負極電解液出口，3、電堆，4、液位計，5、有機物層，6、負極電 解液，7、負極儲罐，8、第二管路，9、循環(huán)粟，10、控制單元，11、正極儲罐，12、負極電解液入 口，13、連通管路，14、正極電解液，15、電磁閥，16、伸縮管，17、浮球。
【具體實施方式】
[0031] 如圖1所示的一種液流電池負極電解液密封系統(tǒng)，包括：設置在負極儲罐7內的負 極電解液6上的有機物層5 ;連接電堆3的負極電解液出口 2與負極儲罐7的第一管路1 ; 所述第一管路1 一端與電堆3的負極電解液出口 2相連接，另一端置于負極電解液6內；連 接負極儲罐7與電堆3的負極電解液入口 12的第二管路8 ;進一步地，所述有機物層5為 在工作溫度下為液態(tài)且不溶于水的有機物，選自長鏈或環(huán)狀的焼姪類、醇類、酵類、離類、麗 類、駿酸類、醋類和W上有機物的衍生物中的一種或多種；進一步地，在工作溫度下所述有 機物的密度小于1. 2g/cm3 ;所述工作溫度為10~45C;所述有機物層的厚度為2~100mm; 進一步地，所述第一管路1另一端始終位于負極電解液6液面下方處；進一步地，所述第一 管路1另一端與負極電解液6液面之間的距離同負極電解液6高度的比值小于20% ;另外， 還包括：設置在負極儲罐7與正極儲罐11之間的連通管路13 ;設置在連通管路13上，用于 開啟或關閉連通管路13的電磁閥15 ;另外，還包括：設置在負極儲罐7內，用于監(jiān)測負極電 解液6液位變化的液位計4 ;連接電磁閥15和液位計4,用于當液位計4所監(jiān)測的負極電解 液6液位高度低于等于第一液位高度時控制電磁閥15開啟，電磁閥15開啟之后當液位計 4所監(jiān)測的負極電解液6液位高于等于第二液位高度時控制電磁閥15關閉的控制單元10 ; 進一步地，所述第一管路1的置于負極儲罐7內的有機物層5上面的管路部分采用伸縮管 16 ;進一步地，所述伸縮管16外設置有浮球17 ;進一步地，所述伸縮管16采用PP材質，所 述第一管路1的其余部分采用UPVC、PPH或PE等材質。
[0032] 一種液流電池系統(tǒng)，包括電堆3、正極儲罐11、負極儲罐7、W及上述任一項所述的 液流電池負極電解液密封系統(tǒng)；所述液流電池系統(tǒng)優(yōu)選為全饑液流電池系統(tǒng)。
[0033] 本發(fā)明提供的液流電池負極電解液密封系統(tǒng)及液流電池系統(tǒng)，通過在負極儲罐內 的負極電解液上設置有機物層，所述有機物層的厚度可W取值為2~100mm，由于液態(tài)有機 物分子具有良好的流動性和氣密性，保證了負極電解液對空氣的較好的空氣隔絕效果，通 過連通管路連接負極儲罐與正極儲罐，控制單元根據負極電解液液位狀態(tài)對設置在連通管 路上的電磁閥的開關狀態(tài)的控制，保證了負極電解液處于安全液位狀態(tài)，且與普通的液流 電池系統(tǒng)相比，降低了容量衰減速度，具有較好的運行安全性和穩(wěn)定性，第一管路一端與電 堆的負極電解液出口相連接，第一管路另一端始終位于負極電解液液面下方處，能夠避免 負極電解液帶動有機物分子進入電堆內部而導致碳租失去導電和催化功能的現象發(fā)生；進 一步地，第一管路的置于負極儲罐內的有機物層上面的管路部分采用伸縮管，所述伸縮管 外設置有浮球，則該伸縮管的壓縮量可W根據負極電解液和有機物層對浮球的浮力大小而 改變，當有機物層的液位高度達到預設最大值時所述伸縮管的壓縮量最大，當有機物層的 液位高度達到預設最小值時所述伸縮管的壓縮量為零，保證了第一管路出口在負極電解液 內的位置能夠隨著負極電解液液面的變化對應改變，其中預設最大值可W取值當負極電解 液液面距第二管路入口200mm時的有機物層液位高度值；預設最小值可W取值當負極電解 液液面恢復至初始液面高度時的有機物層液位高度值；所述伸縮管的結構可W包括外管和 置于外管內的內管，所述內管可沿外管內壁滑動，具體所述內管可通過外管內壁上設置的3 條凹陷滑道上下移動，W保證內管滑動時不偏離管路的中也線，內管在其距內管底端300mm 處設置浮球，液面對浮球的浮力推動伸縮管具有的內管上移。
[0034]本發(fā)明所述有機物層可W選自長鏈或環(huán)狀的焼姪類、醇類、酵類、離類、麗類、駿酸 類、醋類和W上有機