CN108598529A - 一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，该压力平衡装置包括用于连接负极电解液储液罐和正极电解液储液罐的连通管道，连通管道上串接有除氧器，连通管道上还连通有呼吸阀；除氧器内填装有除氧剂，除氧剂采用浸渍法制得，即将载体用吸附剂溶液浸渍处理制得；载体为氧化铝、硅胶、活性炭、碳纤维、分子筛、二氧化硅中的一种或多种；吸附剂为可发生显色反应的还原剂。本发明提供的全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，取代惰性气体密封/水封系统作为钒电池系统正负极压力平衡装置，并具有检测正极过充现象、吸收氧气保护负极电解液的作用，大大降低外围系统成本投入，实用性较好，操作简单，可有效降低系统压力危险因素。

Description

一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置

技术领域

本发明涉及钒电池技术领域，特别是涉及一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置。

背景技术

全钒氧化还原液流电池拥有能量转换效率高、容量可调节、使用寿命长、高安全性和环境友好等优点，主要用于太阳能、风能等可再生能源的发电系统配套储能设备、电网的调峰填谷装置和不间断电源和应急电源系统。

作为一种电化学系统，钒电池把能量储存在含有不同价态钒离子氧化还原电对的电解液中，具有不同氧化还原电对的电解液分别构成电池的正、负极电解液，正、负极电解液中间由离子交换膜隔开，通过外接泵把溶液从储液槽压入电池堆体内完成电化学反应，反应后溶液又回到储液槽，活性物质不断循环流动，由此完成充放电。全钒液流电池通过不同价态钒离子的相互转化来实现电能的储存和释放。正负极电解液的分别是V(Ⅳ)和V(Ⅲ)硫酸电解液。由于组成正负极电解液都是同种元素，从原理上避免了不同种类活性物质在电池正负极间相互渗透产生交叉污染。

全钒液流电池在充电时，将电能转化为化学能储存在不同价态的钒离子中。此时，正极VO²⁺氧化为VO₂ ⁺，负极中V³⁺还原为V²⁺；放电时将化学能转化成电能，进行放电，此时正极VO₂ ⁺转化为VO²⁺，负极中V²⁺转化为V³⁺，其充、放电反应为：

正极：

负极：

压力平衡装置是全钒液流电池外围管道系统的重要组成部分，具有控制系统内管道压力大小、维持正负极系统压力平衡，缓解电解液迁移的作用。在钒电池系统运行过程中，因钒离子迁移、管道压损差异等原因，常出现正负极压力不平衡的现象。正负极压力不平衡易导致钒离子迁移现象加剧，随着钒离子不断迁移，正负极电解液浓度差不断扩大，正负极电解液愈加不匹配，导致容量快速的衰减，减小电池使用寿命；另一方面正极易出现过充析氧，加剧压力不平衡现象，形成恶性循环。

目前，钒电池系统压力控制方式主要为使用水封或惰性气体密封进行压力调节。水封装置是采用水封缓冲罐自动调节气压平衡，其缺点主要是，在泵的启动或关闭时由于压力瞬时变化较大，易导致缓冲罐内水倒吸或喷出现象出现，并且，由于正负极储罐单独设置水封，不能保证两储罐内部压力平衡。专利申请CN105428680A中采用一种惰性气体密封装置，该装置包括一个内部充有惰性气体的气压平衡装置，所述气压平衡装置一端连接正极电解液储液罐，另一端连接负极电解液储液罐，使用气压感应开关维持储罐内压力在某一值。其缺点主要有：惰性气体密封系统密封性能较差，易造成惰性气体无功损耗；采购成本较高，且对安装空间有一定需求；系统内压较大，降低系统安全程度。实用新型专利CN202996968U采用一种简易的气压平衡装置，该装置将正、负极储罐上层空间连通，内部通有惰性气体，储罐与外部完全密封，杜绝外部空气进入。此装置虽然能保证正负极储罐上层气压一致，杜绝外部氧气对电解液的氧化，却不能阻止因正极过充析出的氧气对负极电解液氧化。以上技术均不能检测出正极液是否有析氧现象，更不能对析出的氧气进行吸收或消除，析氧现象一旦出现，会加剧钒电池电解液的不匹配性，缩短电池使用寿命。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，该压力平衡装置由呼吸阀、除氧器及相关连接管道构成，取代惰性气体密封/水封系统作为钒电池系统正负极压力平衡装置，并具有检测正极过充现象、吸收氧气保护负极电解液的作用，大大降低外围系统成本投入，实用性较好，操作简单，可有效降低系统压力危险因素。

本发明采用的技术方案为：一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，包括用于连接负极电解液储液罐和正极电解液储液罐的连通管道，所述连通管道上串接有除氧器，所述连通管道上还连通有呼吸阀；

所述除氧器内填装有除氧剂，所述除氧剂采用浸渍法制得，即将载体用吸附剂溶液浸渍处理制得；所述载体为氧化铝、硅胶、活性炭、碳纤维、分子筛、二氧化硅中的一种或多种；所述吸附剂为可发生显色反应的还原剂，例如可以为亚铁盐、碘离子盐、柠檬酸、柠檬酸钠、2－羟基丁二酸、盐酸羟胺、苯酚中的一种或几种。采用可发生显色反应的还原剂作为吸附剂，在工作过程中，可通过显色反应直观监测正极析氧情况，并将析出的氧气吸收，防止负极电解液被析出的氧气氧化。

优选地，所述除氧器包括透明耐腐蚀材料制成的圆筒形壳体，所述圆筒形壳体的两端口封设有过滤网，在所述圆筒形壳体内两过滤网之间填装有所述除氧剂，在所述圆筒形壳体的位于两端部的外壁面上设置有螺纹段，所述螺纹段上安装有活接，所述除氧器通过两端的活接与所述连通管道串接，所述除氧器竖直安装。采用活接相连，便于拆卸后更换或处理再生除氧剂。除氧器的主要作用是吸收当呼吸阀开启时进入系统内的氧气与钒电池正极副反应或过充时析出的氧气，防止其进入负极系统，氧化负极电解液。

所述活接内安装有活接密封圈，所述活接密封圈的材质为耐腐蚀、弹性体材料。

所述连通管道为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯高分子耐酸材质。

所述呼吸阀的主体及密封件采用聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯高分子耐酸材质。

所述呼吸阀垂直安装并与连通管道连通。

进一步地，所述呼吸阀垂直安装在连通管道上方。或者，所述呼吸阀垂直安装在正极电解液储液罐的顶端，并通过三通与连通管道连通。呼吸阀主要作用为控制管道系统压力大小。所述呼吸阀垂直安装在储罐气相空间的最高点，以保证罐内压力处于正常状态，防止罐内超压或超真空导致储罐遭受损坏，也可减少罐内液体挥发损耗。呼吸阀应定期检查和清洁阀盘与阀座是否卡住、堵住等或因其它因素导致失灵。

本发明提供的钒电池用正负极系统压力平衡装置，由呼吸阀、除氧器及相关管道组成，除氧器采用可发生显色反应的还原性吸附剂负载于载体，装填于除氧器中形成滤芯。该钒电池用正负极系统压力平衡装置主要作用为平衡正负极系统压力，并可通过显色反应检测并吸收正极电解液析出的氧气以及当呼吸阀开启时进入系统的空气中的氧气。具有可平衡正负极压力、检测并吸收正极析氧、防止负极电解液被氧化的效果，且易操作、低成本、环境友好。

附图说明

图1是本发明提供的一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置实施例的结构示意图；

图2是图1中除氧器2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

见图1、图2所示，一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置30，包括连通管道40，连通管道40一端与负极电解液储液罐10的顶端相连通，连通管道40另一端与正极电解液储液罐20的顶端相连通，在连通管道40上串接有除氧器2，连通管道40上还连通有呼吸阀1；

连通管道40为高分子耐酸材质，例如可以为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯材质。

除氧器2包括透明耐腐蚀材料制成的圆筒形壳体6，圆筒形壳体6的两端口封设有过滤网4，在圆筒形壳体6内位于两过滤网4之间填装有除氧剂5，在圆筒形壳体6的位于两端部的外壁面上设置有螺纹段，螺纹段上安装有活接3，除氧器2通过两端的活接3与连通管道40串接，除氧器2需要竖直安装。活接3内安装有活接密封圈，活接密封圈的材质为耐腐蚀、弹性体材料。圆筒形壳体6，可以采用透明PVC管。

在除氧器2内填装的除氧剂5采用浸渍法制得，即将载体用吸附剂溶液浸渍处理制得。载体可以为氧化铝、硅胶、活性炭、碳纤维、分子筛、二氧化硅中的一种或多种。吸附剂选择可发生显色反应的还原剂。吸附剂例如可以为亚铁盐、碘离子盐、柠檬酸、柠檬酸钠、2－羟基丁二酸、盐酸羟胺、苯酚中的一种或几种。

呼吸阀1的主体及密封件采用聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯高分子耐酸材质。呼吸阀1需要垂直安装并与连通管道40连通。具体地，呼吸阀1可以垂直安装在连通管道40的上方，并通过法兰与连通管道40连通。或者，呼吸阀1也可以垂直安装在正极电解液储液罐20的顶端，并通过三通与连通管道40连通。

本实施例提供的上述压力平衡装置，不仅具有平衡正负极系统压力的作用，而且可以吸收正极析出的氧气，通过除氧器的显色反应可以直观监测正极析氧情况，并将析出的氧气吸收，防止负极电解液被析出的氧气氧化。

以上结合具体实施例对本发明构思做了详细说明。本领域普通技术人员在获得上述教导之后，可以不费创造性劳动地对上述具体实施方式做出调整而获得相同或相近的技术效果，这些皆应该理解为落入本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，其特征在于，包括用于连接负极电解液储液罐和正极电解液储液罐的连通管道，所述连通管道上串接有除氧器，所述连通管道上还连通有呼吸阀；

所述除氧器内填装有除氧剂，所述除氧剂采用浸渍法制得，即将载体用吸附剂溶液浸渍处理制得；所述载体为氧化铝、硅胶、活性炭、碳纤维、分子筛、二氧化硅中的一种或多种；所述吸附剂为可发生显色反应的还原剂。

2.根据权利要求1所述的全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，其特征在于，所述除氧器包括透明耐腐蚀材料制成的圆筒形壳体，所述圆筒形壳体的两端口封设有过滤网，在所述圆筒形壳体内两过滤网之间填装有所述除氧剂，在所述圆筒形壳体的位于两端部的外壁面上设置有螺纹段，所述螺纹段上安装有活接，所述除氧器通过两端的活接与所述连通管道串接，所述除氧器竖直安装。

3.根据权利要求1所述的全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，其特征在于，所述吸附剂为亚铁盐、碘离子盐、柠檬酸、柠檬酸钠、2－羟基丁二酸、盐酸羟胺、苯酚中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，其特征在于，所述活接内安装有活接密封圈，所述活接密封圈的材质为耐腐蚀、弹性体材料。

5.根据权利要求1所述的全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，其特征在于，所述连通管道为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯高分子耐酸材质。

6.根据权利要求1所述的全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，其特征在于，所述呼吸阀的主体及密封件采用聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚四氟乙烯高分子耐酸材质。

7.根据权利要求6所述的全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，其特征在于，所述呼吸阀垂直安装并与连通管道连通。

8.根据权利要求7所述的全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，其特征在于，所述呼吸阀垂直安装在连通管道上方。

9.根据权利要求7所述的全钒液流电池正负极系统压力平衡装置，其特征在于，所述呼吸阀垂直安装在正极电解液储液罐的顶端，并通过三通与连通管道连通。