CN104733756A - 用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备 - Google Patents

用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备。用于控制氧化还原液流电池的操作的方法包括：获得阳极液离子关于分离器的扩散率；获得阴极液离子关于所述分离器的扩散率；基于所述阳极液离子的扩散率和所述阴极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化还原液流电池的电荷状态值的电解质扩散率；基于所述电解质扩散率来确定所述氧化还原液流电池的最小电荷状态值和最大电荷状态值；并且基于所述最小电荷状态值和最大电荷状态值来设置所述氧化还原液流电池的工作条件。用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备可以阻止氧化还原液流电池的容量的减少。

Description

用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月24日提交的、名称为“METHOD ANDAPPARATUS FOR CONTROLLING OPERATION OF REDOX FLOWBATTERY”的韩国专利申请No.10-2013-0162275的权益，借此通过引用方式将其全部内容并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备。
背景技术
氧化还原液流电池指的是通过电解质中包含的离子的氧化反应/还原反应来对电力进行充电或者放电的电化学电力存储设备。在这种氧化还原液流电池中，由不同种类的活性材料组成的阳极液和阴极液由分离器彼此分离。
离子跨渡(crossover)通过分离器发生并且通过分离器交换的离子的数量根据活性材料的种类即离子的氧化反应数量而变化，使得阴极液和阳极液中的一种溶液的数量增加。这种不平衡的跨渡破坏了阴极液和阳极液之间的电容性平衡，并且减少了电解质溶液的使用率，由此导致电池的容量方面的减少。
为了解决氧化还原液流电池的容量减少的问题，用于混合阳极液和阴极液的方法或者用于将电解质溶液中的一种从一个存储槽迁移到包含另一种电解质溶液的另一种存储槽的方法用在现有技术中。然而，电解质溶液的混合或者迁移在解决容量减少的问题方面需要分离的能量源和相当长的时间。而且，用于在特定条件下混合电解质溶液的方法具有电池中充电的能量的消耗的缺点。
发明内容
本发明的方面提供了用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设置，该方法和设备能够阻止氧化还原液流电池的容量中的减少。
此外，本发明的方法提供了用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设置，该方法和设备能够在没有额外处理例如电解质溶液的混合或者迁移以及由此导致的额外成本负担的情况下阻止氧化还原液流电池的容量的减少。
进一步地，本发明的方面提供了用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备，该方法和设备可以在没有停止电池的操作去检修的情况下长期保护氧化还原液流电池的连续且稳定的操作。
本发明不限于这些方面，并且上面没有提及的本发明的其它方面和优势将通过下面的描述来理解，并且从本发明的示例性实施例中更清楚理解。此外，容易明白，这些方面和优势由权利要求中给出的特征及其组合来实现。
根据本发明的一个方面，用于控制氧化还原液流电池的操作的方法包括：获得阳极液离子关于分离器的扩散率；获得阴极液离子关于所述分离器的扩散率；基于所述阳极液离子的扩散率和所述阴极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化还原液流电池的电荷状态值的电解质扩散率；基于所述电解质扩散率来确定所述氧化还原液流电池的最小电荷状态值和最大电荷状态值；并且基于所述最小电荷状态值和最大电荷状态值来设置所述氧化还原液流电池的工作条件。
根据本发明的另一个方面，用于控制氧化还原液流电池的操作的设备包括：扩散率确定单元，其获得阳极液离子关于分离器的扩散率和阴极液离子关于所述分离器的扩散率，并且基于所述阳极液离子的扩散率和所述阴极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化还原液流电池的电荷状态值的电解质扩散率；第一工作条件设置单元，其基于所述电解质扩散率来设置所述氧化还原液流电池的最小电荷状态值和最大电荷状态值；以及第二工作条件设置单元，其基于所述最小电荷状态值和最大电荷状态值来设置所述氧化还原液流电池的工作条件。
如上所述，根据本发明，存在阻止氧化还原液流电池的容量的减少的优势。
此外，根据本发明，存在在没有额外处理例如电解质溶液的混合或者迁移以及由此导致的额外成本负担的情况下阻止氧化还原液流电池的容量的减少的优势。
进一步地，根据本发明，存在在没有停止电池的操作以用于检修的情况下长期保护氧化还原液流电池的连续且稳定的操作的优势。
附图说明
本发明的上述方面、特征和优势以及其它方面、特征和优势将通过结合附图从下面实施例的详细描述中变得显而易见，其中：
图1是由根据本发明的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备控制的氧化还原液流电池的示意图；
图2示出了取决于氧化还原液流电池的电荷状态值的阳极液和阴极液的组合的变型；
图3是根据本发明的一个实施例的用于控制氧化还原液流电池的操作的设备的框图；
图4描绘本发明的示例1中的关于分离器A的电解质扩散率的曲线图；
图5示出了本发明的示例1中的用于设置工作条件的分离器A的OCV曲线图；
图6将描绘本发明的示例1中设置的工作条件下的氧化还原液流电池的容量变化与现有技术中的典型条件下的容量变化进行比较的曲线图；
图7描绘本发明的示例2中的关于分离器B的电解质扩散率的曲线图；
图8示出了本发明的示例2中的用于设置工作条件的分离器B的OCV曲线图；
图9将描绘本发明的示例2中设置的工作条件下的氧化还原液流电池的容量变化与现有技术中的典型条件下的容量变化进行比较的曲线图；
图10是描绘本发明的示例3中的关于NAFION 115的电解质扩散率的曲线图；
图11是将描绘本发明的示例3中设置的工作条件下的氧化还原液流电池的容量变化与现有技术中的典型条件下的容量变化进行比较的曲线图；并且
图12是根据本发明的一个实施例的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，现在将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。应当理解的是，本发明不限于下面的实施例并且可以以不同方式来体现，并且给出这些实施例，以提供本发明的完整公开，且提供本领域技术人员对本发明的透彻理解。在本文中，为了清楚起见，将省略对本领域技术人员而言显而易见的组件和功能的详细描述。在整个说明书和附图中将由相同参考符号来表示相同组件。
图1是由根据本发明的方法控制的氧化还原液流电池的示意图。
参照图1，阳极液(阳极电解质溶液)存储在阳极液存储槽110中，并且阴极液(阴极电解质溶液)存储在阳极液存储槽112中。
阴极液可以包括n价离子和(n+1)价离子作为阴极液离子，并且阳极液可以包括m价离子和(m+1)价离子作为阳极液离子。此时，n和m为整数并且n、n+1、m以及m+1彼此不同。例如，阴极液可以包括二价钒离子(V2+)或者三价钒离子(V3+)作为阴极液离子，并且阳极液可以包括四价钒离子(V4+)或者五价钒离子(V5+)作为阳极液离子。虽然参照其中氧化还原液流电池包含钒离子(V5+,V4+,V2+,V3+)如图1所示的实施例来描述本发明，但是应当理解的是，本发明也可以应用于包括阳极液和阴极液中的相同种类元素而不是钒离子的氧化还原液流电池。
阳极液存储槽110中的存储的阳极液和阴极液存储槽112中存储的阴极液分别通过泵114,116引入到电芯102的阳极电芯102A和阴极电芯102B。在阳极电芯102A中，通过电源/负载118的操作发生了电子迁移通过电极106，使得由表示的氧化反应/还原反应发生。同理，在阴极电芯102B中，通过电源/负载118的操作发生了电子迁移通过电极108，使得由表示的氧化反应/还原反应发生。在氧化反应/还原反应之后，将阳极液和阴极液分别循环到阳极存储槽110和阴极存储槽112。
另一方面，阳极电芯102A和阴极电芯102B由允许离子通过其的分离器104彼此分离。使用这种结构，离子的迁移即跨渡可以发生在阳极电芯102A和阴极电芯102B之间。即，在对氧化还原液流电池进行充电/放电的过程中，阳极电芯102A中的阳极液离子(V5+，V4+)可以迁移到阴极电芯102B中，并且阴极电芯102B中的阴极液离子(V2+，V3+)可以迁移到阳极电芯102A中。
图2示出了取决于氧化还原液流电池的电荷状态值的阳极液和阴极液的组合的变型。
在图2中，(-)表示阴极电芯，并且(+)表示阳极电芯。理论上，如图2所示，在电荷状态(SOC)值为0下，V3+离子202基本上单独存在于阴极电芯中，并且V4+离子204基本上单独存在于阳极电芯中。然而，当开始充电并且SOC值达到50％时，V3+离子202和V2+离子206中的每一个在阴极电芯中存在大约50％的量，并且V4+离子204和V5+离子208中的每一个在阳极电芯中存在大约50％的量。然后，当完成充电时(即当SOC值达到100％时)，V2+离子206单独保持在阴极电芯中并且V5+离子208单独保持在阳极电芯中。
然而，实际上，可以根据离子的氧化数量来改变离子的大小和电化学特性，以在当离子通过分离器时，提供不同扩散率，由此导致交换的不平衡。因此，在特定电荷状态下的离子的理论数量不同于离子的实际数量。即，具有较高扩散率的离子关于分离器的迁移比具有较低扩散率的离子关于分离器的迁移更积极地发生。因此，一旦SOC值改变，离子的数量在阳极电芯和阴极电芯中的一个中增加并且在另一个电芯中降低。因此，氧化还原液流电池中实质上未能参与氧化反应/还原反应的活性材料的数量降低，由此导致氧化还原液流电池的容量的减少。在本文中，离子的扩散率被定义为每单位时间通过分离器的单位面积的离子的数量。
另一方面，上述跨渡取决于用在电芯中的分离器的种类和性能而不同发生。这是因为通过分离器的离子的扩散率由于分离器的电化学特性和微观结构而不同。为了阻止由这种不平衡跨渡导致的电池容量的减少，必须考虑到用在氧化还原液流电池中的分离器的特性来设置氧化还原液流电池的适当的电荷状态值。
本发明基于这种考虑并且旨在控制氧化还原液流电池的操作，使得阳极液离子和阴极液离子的净迁移数量根据用在氧化还原液流电池中的分离器的特性通过应用适当的电荷状态值来在电池的整个操作中变为0。
图3是根据本发明的一个实施例的用于控制氧化还原液流电池的操作的设备的框图。
参照图3，根据本发明的一个实施例的用于控制氧化还原液流电池的操作的设备302包括：扩散率确定单元304、第一工作条件设置单元306以及第二工作条件设置单元308。
扩散率确定单元304获得阳极液离子关于分离器的扩散率以及阴极液离子关于分离器的扩散率，并且基于阳极液离子的扩散率和阴极液离子的扩散率来确定电解液扩散率。
阳极液离子和阴极液离子关于用在氧化还原液流电池中的分离器的扩散率可以实验地由用于测量扩散率的典型方法或者设备来获得。这样，扩散率确定单元304获得阳极液离子的扩散率和阴极液离子的扩散率。在一个实施例中，当阴极液离子包括V2+离子和V3+离子并且阳极液离子包括V3+离子和V4+离子时，扩散率确定单元304可以获得这四种离子中的每一种的扩散率。
然后，扩散率确定单元304基于阳极液离子的扩散率和阴极液离子的扩散率确定取决于氧化还原液流电池的电荷状态值的电解质扩散率。可以从基于阴极液离子的扩散率而计算的阴极液扩散率和基于阳极液离子的扩散率而计算的阳极液扩散率来确定取决于电荷状态值的电解质扩散率。
更具体地，扩散率确定单元304计算取决于氧化还原液流电池的电荷状态值的阳极液扩散率。例如，当氧化还原液流电池具有电荷状态值为0时，扩散率确定单元304可以将V5+离子的扩散率确定为阳极液扩散率，并且当氧化还原液流电池具有电荷状态值为100时，扩散率确定单元304可以将V4+离子的扩散率确定为阳极液扩散率。
同理，扩散率确定单元304计算取决于氧化还原液流电池的电荷状态值的阴极液扩散率。例如，当氧化还原液流电池具有电荷状态值为0时，扩散率确定单元304可以将V2+离子的扩散率确定为阴极液扩散率，并且当氧化还原液流电池具有电荷状态值为100时，扩散率确定单元304可以将V3+离子的扩散率确定为阴极液扩散率。
此时，扩散率确定单元304可以生成描绘了当电荷状态值为0和100时的阳极液的扩散率和阴极液的扩散率的曲线。在该曲线图中，提供了电荷状态值和阳极液扩散率和阴极扩散率中的每一个之间的线性关系。
描绘取决于电荷状态值的阳极液扩散率的变化的阳极液扩散率曲线满足在特定电荷状态值下的下面的等式1。
<等式1>
阳极液扩散率＝电荷状态值×((m+1)价离子的扩散率)+(100-电荷状态值)×(m价离子的扩散率)
此外，描绘取决于电荷状态值的阴极液扩散率的变化的阴极液扩散率曲线满足在特定电荷状态值下的下面的等式2。
<等式2>
阴极液扩散率＝电荷状态值×(n价离子的扩散率)+(100-电荷状态值)×((n+1)价离子的扩散率)
另一方面，当检测氧化还原液流电池的温度的变化时，扩散率确定单元304执行获取阳极液离子的扩散率的操作以及获得阴极液离子的扩散率的操作。即氧化还原液流电池还包括连接到扩散率确定单元304的温度感测单元(未示出)，以检测氧化还原液流电池的温度变化。因此，当温度感测单元(未示出)检测氧化还原液流电池的温度变化并且向扩散率确定单元304发送指示温度变化的信号时，扩散率确定单元304可以获得在该时间点处的阳极液离子的扩散率和阴极液离子的扩散率。阳极液离子的扩散率和阴极液离子的扩散率可以取决于温度而变化，并且可以基于取决于温度而变化的离子的扩散率来控制氧化还原液流电池的操作。温度感测单元可以实时或者在预先确定的周期中感测温度变化，并且可以***作以当温度变化达到预先设置的临界值时向扩散率确定单元304发送信号。
第一工作条件设置单元306基于确定出的电解质扩散率来确定最小电荷状态值和最大电荷状态值。更具体地，第一工作条件设置单元306将在阳极液扩散率与阴极液扩散率一致时的电荷状态值设置为中间电荷状态值，并且根据下面的等式3来确定最小电荷状态值和最大电荷状态值。
<等式3>
最小电荷状态值＝中间电荷状态值-P
最大电荷状态值＝中间电荷状态值+Q
在该等式中，P和Q为大于0的相同整数。此外，最小电荷状态值大于或者等于0并且最大电荷状态值小于或者等于100。
第一工作条件设置单元306可以确定最小/最大电荷状态值，使得最小电荷状态值和最小电荷状态值之间的差具有最大值同时满足上述要求。
第二工作条件设置单元308基于如上所确定的最小电荷状态值和最大电荷状态值来设置氧化还原液流电池的工作条件。更具体地，第二工作条件设置单元308使用氧化还原液流电池的开路电压(OCV)曲线图来检测与最小电荷状态值对应的最小电压和与最大电荷状态值对应的最大电压，并且将最小电压和最大电压设置为氧化还原液流电池的工作电压。
接下来，参照示例更详细地描述根据本发明的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法。
示例1
在示例1中，使用分离器A的氧化还原液流电池的工作条件如下设置。
首先，阳极液离子和阴极液离子关于分离器A的扩散率中的每一个被测量。阳极液离子(V4+,V5+)和阴极液离子(V2+,V3+)关于分离器A具有下面的扩散率，如由本领域已知的方法所测量的。
-V2+离子关于分离器A的扩散率：2.7
-V3+离子关于分离器A的扩散率：1.0
-V4+离子关于分离器A的扩散率：2.1
-V5+离子关于分离器A的扩散率：1.8
在获得阳极液离子和阴极液离子关于分离器A的扩散率之后，扩散率确定单元304基于如上获得的阳极液离子的扩散率和阴极液离子的扩散率来确定电解质扩散率即阳极液扩散率和阴极液扩散率。此后，扩散率确定单元304基于如上所确定的阳极液扩散率和阴极液扩散率来生成描绘了取决于电荷状态值的电解质扩散率的曲线图。
图4是描绘本发明的示例1中的关于分离器A的电解质扩散率的曲线图。在图4中，为了方便比较，横坐标指示电荷状态值，纵坐标指示扩散率，纵坐标的数字通过将所测量的扩散率缩放100倍来给出。
在图4中，D(+)指示阳极液扩散率并且D(-)指示阴极液扩散率。当氧化还原液流电池具有0电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V4+离子的扩散率(2.1)作为阳极液扩散率，并且当氧化还原液流电池具有100电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V5+离子的扩散率(1.8)作为阳极液扩散率，其中，连接所获得扩散率的直线指示关于分离器A的阳极液扩散率。这里，在大于0且小于100的特定电荷状态值下，阳极液扩散率被确定，以满足等式1。
同理，当氧化还原液流电池具有0电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V3+离子的扩散率(1.0)作为阴极液扩散率，并且当氧化还原液流电池具有100电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V2+离子的扩散率(2.7)作为阴极液扩散率，其中，连接所获得扩散率的直线指示关于分离器A的阴极液扩散率。这里，在大于0且小于100的特定电荷状态值下，阴极液扩散率被确定，以满足等式2。
第一工作条件设置单元306基于如图4所示的电解质扩散率的曲线图来确定氧化还原液流电池的最小电荷状态值和最大电荷状态值。第一工作条件设置单元306将阳极液扩散率与阴极液扩散率一致时的电荷状态值设置为中间电荷状态值(SOCC)，如图4所示。然后，最小电荷状态值(SOCI)通过从该中间电荷状态值中减去特定值来确定，并且最大电荷状态值(SOCF)通过将特定值添加到该中间电荷状态值来确定。
例如，在其中中间电荷状态值为55的图4中，最大电荷状态值被确定为55+45＝100，并且最小电荷状态值被确定为55-45＝10。即，在图4中，最大电荷状态值和最小电荷状态值通过分别将相同值(45)添加到中间电荷状态值或者从中间电荷状态值中减去来确定。当中间电荷状态值为55时，虽然最大/最小电荷状态值可以取决于P和Q值而被设置为各种值，但是氧化还原液流电池可以在10到100的SOC范围中***作，其中，最大电荷状态值和最小电荷状态值之间的差具有最大值同时最大电荷状态值不超过100。此外，如从图4中可见，最小电荷状态值大于或者等于0并且最大电荷状态值小于或者等于100。
接下来，第二工作条件设置单元308基于如上确定的最小电荷状态值和最大电荷状态值来设置氧化还原液流电池的工作条件。图5示出了本发明的示例1中的用于设置工作条件的分离器A的OCV曲线图。第二工作条件设置单元308使用如图5所示的氧化还原液流电池的OCV曲线图来检测与最小电荷状态值对应的最小电压和与最大电荷状态值对应的最大电压。
例如，在图5中，与最小电荷状态值(45)对应的电压(xV)被确定为最小电压，并且与最大电荷状态值(100)对应的电压yV被确定为最大电压。第二工作条件设置单元308设置最小电压和最大电压作为氧化还原液流电池的工作电压。
图6是将描绘本发明的示例1中设置的工作条件下的氧化还原液流电池的容量变化与典型条件下的容量变化进行比较的曲线图。
参照图6，在具有0到100范围内的电荷状态值的典型条件下使用分离器A的氧化还原液流电池的操作中，电池容量随着增加电池的操作的周期而逐渐降低。相反，可以在图6中确认，当在根据本发明的条件(10～100的电荷状态值和xV～yV的工作电压)下操作氧化还原液流电池时，如与在典型条件下操作的氧化还原液流电池相比，强劲地抑制了氧化还原液流电池的容量减少。
示例2
在示例2中，使用分离器B的氧化还原液流电池的工作条件如下设置。
首先，阳极液离子和阴极液离子关于分离器B的扩散率中的每一个被测量。阳极液离子(V4+,V5+)和阴极液离子(V2+,V3+)关于分离器B具有下面的扩散率，如由本领域已知的方法所测量的。
-V2+离子关于分离器B的扩散率：1.0
-V3+离子关于分离器B的扩散率：2.7
-V4+离子关于分离器B的扩散率：1.8
-V5+离子关于分离器B的扩散率：2.1
在获得阳极液离子和阴极液离子关于分离器B的这种扩散率之后，扩散率确定单元304基于如上获得的阳极液离子的扩散率和阴极液离子的扩散率来确定电解质扩散率即取决于根据等式1和等式2的电荷状态值的阳极液扩散率和阴极液扩散率。此后，扩散率确定单元304基于如上所确定的阳极液扩散率和阴极液扩散率生成描绘了取决于电荷状态值的电解质扩散率的曲线图。
图7是描绘本发明的示例2中的关于分离器B的电解质扩散率的曲线图。在图7中，为了方便比较，横坐标指示电荷状态值，纵坐标指示扩散率，纵坐标的数字通过将所测量的扩散率缩放100倍来给出。
在图7中，D(+)指示阳极液扩散率并且D(-)指示阴极液扩散率。当氧化还原液流电池具有0电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V4+离子的扩散率(1.8)作为阳极液扩散率，并且当氧化还原液流电池具有100电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V5+离子的扩散率(2.1)作为阳极液扩散率，其中，连接所获得扩散率的直线指示关于分离器B的阳极液扩散率。
同理，当氧化还原液流电池具有0电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V3+离子的扩散率(2.7)作为阴极液扩散率，并且当氧化还原液流电池具有100电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V2+离子的扩散率(1.0)作为阴极液扩散率，其中，连接所获得扩散率的直线指示关于分离器B的阴极液扩散率。
第一工作条件设置单元306基于如图7所示的电解质扩散率的曲线图来确定氧化还原液流电池的最小电荷状态值和最大电荷状态值。第一工作条件设置单元306将阳极液扩散率与阴极液扩散率一致时的电荷状态值设置为中间电荷状态值(SOCC)，如图7所示。然后，最小电荷状态值(SOCI)通过从该中间电荷状态值中减去特定值来确定，并且最大电荷状态值(SOCF)通过将特定值添加到该中间电荷状态值来确定。
例如，在其中中间电荷状态值为45的图7中，最大电荷状态值被确定为45+45＝90，并且最小电荷状态值被确定为45-45＝0。
接下来，第二工作条件设置单元308基于如上确定出的最小电荷状态值和最大电荷状态值来设置氧化还原液流电池的工作条件。图8示出了本发明的示例2中的用于设置工作条件的分离器B的OCV曲线图。第二工作条件设置单元308使用如图8所示的氧化还原液流电池的OCV曲线图来检测与最小电荷状态值对应的最小电压和与最大电荷状态值对应的最大电压。
例如，在图8中，与最小电荷状态值(45)对应的电压(zV)被确定为最小电压，并且与最大电荷状态值(100)对应的电压ωV被确定为最大电压。第二工作条件设置单元308设置最小电压和最大电压作为氧化还原液流电池的工作电压。
图9是将描绘本发明的示例2中设置的工作条件下的氧化还原液流电池的容量变化与典型条件下的容量变化进行比较的曲线图。
参照图9，在具有0到100范围内的电荷状态值的典型条件下使用分离器B的氧化还原液流电池的操作中，电池容量随着增加电池的操作的周期而逐渐降低。相反，可以在图9中确认到，当在根据本发明的条件(0～90的电荷状态值和zV～ωV的工作电压)下操作氧化还原液流电池时，如与在典型条件下操作的氧化还原液流电池相比，强劲地抑制了氧化还原液流电池的容量减少。
示例3
在示例3中，使用NAFION 115作为分离器的氧化还原液流电池的工作条件如下设置。
首先，阳极液离子和阴极液离子关于NAFION 115的扩散率中的每一个被测量。阳极液离子(V4+,V5+)和阴极液离子(V2+,V3+)关于NAFION 115具有下面的扩散率，如由本领域已知的方法所测量的。
-V2+离子关于NAFION 115的扩散率：6.4
-V3+离子关于NAFION 115的扩散率：1.0
-V4+离子关于NAFION 115的扩散率：2.6
-V5+离子关于NAFION 115的扩散率：1.2
在获得阳极液离子和阴极液离子关于NAFION 115的这种扩散率之后，扩散率确定单元304基于如上获得的阳极液离子的扩散率和阴极液离子的扩散率来确定电解质扩散率即阳极液扩散率和阴极液扩散率。此后，扩散率确定单元304基于如上所确定的阳极液扩散率和阴极液扩散率来生成描绘了取决于电荷状态值的电解质扩散率的曲线图。
图10是描绘本发明的示例3中的关于NAFION 115的电解质扩散率的曲线图。当氧化还原液流电池具有0电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V4+离子的扩散率(2.6)作为阳极液扩散率，并且当氧化还原液流电池具有100电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V5+离子的扩散率(1.2)作为阳极液扩散率，其中，连接所获得扩散率的直线指示关于NAFION 115的阳极液扩散率。
同理，当氧化还原液流电池具有0电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V3+离子的扩散率(1.0)作为阴极液扩散率，并且当氧化还原液流电池具有100电荷状态值时，扩散率确定单元304确定所获得V2+离子的扩散率(6.4)作为阴极液扩散率，其中，连接所获得扩散率的直线指示关于NAFION 115的阴极液扩散率。
第一工作条件设置单元306基于如图10所示的电解质扩散率的曲线图来确定氧化还原液流电池的最小电荷状态值和最大电荷状态值。如示例1和示例2所述，第一工作条件设置单元306通过从该中间电荷状态值(SOCC)中减去特定值来确定最小电荷状态值(SOCI)，并且通过将特定值添加到该中间电荷状态值来确定最大电荷状态值(SOCF)。在图10中，由于中间电荷状态值为25，所以最小电荷状态值为0并且最大电荷状态值为50。
接下来，第二工作条件设置单元308使用氧化还原液流电池的OCV曲线图来检测与最小电荷状态值对应的最小电压和与最大电荷状态值对应的最大电压。
图11是将描绘本发明的示例3中设置的工作条件下的氧化还原液流电池的容量变化与典型条件下的容量变化进行比较的曲线图。
参照图11，在具有0到100范围内的电荷状态值的典型条件下使用NAFION115的氧化还原液流电池的操作中，电池容量随着增加电池的操作的周期而逐渐降低。相反，可以在图11中确认到，当在根据本发明设置的最小电压和最大电压的条件下操作氧化还原液流电池时，如与在典型条件下操作的氧化还原液流电池相比，强劲地抑制了氧化还原液流电池的容量减少。
图12是根据本发明的一个实施例的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法的流程图。
参照图12，首先，在步骤1202中获得阳极液离子关于分离器的扩散率和阴极液离子关于分离器的扩散率。阳极液和阴极液关于分离器的扩散率可以由用于测量扩散率的典型方法或者设备来实验地获得。
然后，在步骤1204中，基于阳极液的扩散率和阴极液的扩散率来确定电解质扩散率。在本发明的一个实施例中，步骤1204可以包括：计算取决于氧化还原液流电池的电荷状态值的阳极液扩散率，计算取决于氧化还原液流电池的电荷状态值的阴极液扩散率，并且生成表示电解质扩散率的曲线图。
接下来，在步骤1206中基于电解质扩散率来确定氧化还原液流电池的最小电荷状态值和最大电荷状态值。在本发明的一个实施例中，步骤1206可以包括：将阳极液扩散率与阴极液扩散率一致时的电荷状态值设置为中间电荷状态值，并且根据等式3来确定最小电荷状态值和最大电荷状态值。
最后，在步骤1208中基于最小电荷状态值和最大电荷状态值来确定氧化还原液流电池的工作条件。在本发明的一个实施例中，步骤1208可以包括：使用氧化还原液流电池的OCV曲线图来检测与最小电荷状态值对应的最小电压和与最大电荷状态值对应的最大电压，并且将最小电压和最大电压设置为氧化还原液流电池的工作电压。
虽然，本文已经描述了一些实施例，但是应当理解的是，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改、变化、变动和等同实施例。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求以及其等同物来限定。

Claims (14)

1.一种用于控制氧化还原液流电池的操作的方法，包括：
获得阳极液离子关于分离器的扩散率；
获得阴极液离子关于所述分离器的扩散率；
基于所述阳极液离子的扩散率和所述阴极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化还原液流电池的电荷状态值的电解质扩散率；
基于所述电解质扩散率来确定所述氧化还原液流电池的最小电荷状态值和最大电荷状态值；并且
基于所述最小电荷状态值和最大电荷状态值来设置所述氧化还原液流电池的工作条件。
2.根据权利要求1所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法，其中，确定所述电解质扩散率包括：
基于所述阳极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化还原液流电池的电荷状态值的阳极液扩散率；并且
基于所述阴极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化还原液流电池的电荷状态值的阴极液扩散率。
3.根据权利要求2所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法，其中，所述阳极液离子包括m价离子和(m+1)价离子，其中，m为整数，并且所述阳极液扩散率满足等式1，所述等式1为：
阳极液扩散率＝电荷状态值×((m+1)价离子的扩散率)+(100-电荷状态值)×(m价离子的扩散率)。
4.根据权利要求2所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法，其中，所述阴极液离子包括n价离子和(n+1)价离子，其中，n为整数，并且所述阴极液扩散率满足等式2，所述等式2为：
阴极液扩散率＝电荷状态值×(n价离子的扩散率)+(100-电荷状态值)×((n+1)价离子的扩散率)。
5.根据权利要求2所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法，其中，确定所述氧化还原液流电池的所述最小电荷状态值和最大电荷状态值包括：
将当所述阳极液扩散率与所述阴极液扩散率一致时的电荷状态值设置为中间电荷状态值；并且
根据等式3来确定所述最小电荷状态值和所述最大电荷状态值，所述等式3为：
最小电荷状态值＝中间电荷状态值-P，
最大电荷状态值＝中间电荷状态值+Q，
其中，P和Q为大于0的相同整数；所述最小电荷状态值大于或者等于0；并且所述最大电荷状态值小于或者等于100。
6.根据权利要求1所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法，其中，设置所述氧化还原液流电池的工作条件包括：
使用所述氧化还原液流电池的开路电压(OCV)曲线图来检测与所述最小电荷状态值对应的最小电压和与所述最大电荷状态值对应的最大电压；并且
将所述最小电压和所述最大电压设置为所述氧化还原液流电池的工作电压。
7.根据权利要求1所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法，其中，当检测到所述氧化还原液流电池的温度变化时执行获得所述阳极液离子的扩散率和获得所述阴极液离子的扩散率。
8.一种用于控制氧化还原液流电池的操作的设备，包括：
扩散率确定单元，其获得阳极液离子关于分离器的扩散率和阴极液离子关于所述分离器的扩散率，并且基于所述阳极液离子的扩散率和所述阴极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化还原液流电池的电荷状态值的电解质扩散率；
第一工作条件设置单元，其基于所述电解质扩散率来设置所述氧化还原液流电池的最小电荷状态值和最大电荷状态值；以及
第二工作条件设置单元，其基于所述最小电荷状态值和最大电荷状态值来设置所述氧化还原液流电池的工作条件。
9.根据权利要求8所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的设备，其中，所述扩散率确定单元基于所述阳极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化还原液流电池的电荷状态值的阳极液扩散率，并且基于所述阴极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化还原液流电池的电荷状态值的阴极液扩散率。
10.根据权利要求9所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的设备，其中，所述阳极液离子包括m价离子和(m+1)价离子，其中，m为整数，并且所述阳极液扩散率满足等式1，所述等式1为：
阳极液扩散率＝电荷状态值×((m+1)价离子的扩散率)+(100-电荷状态值)×(m价离子的扩散率)。
11.根据权利要求9所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的设备，其中，所述阴极液离子包括n价离子和(n+1)价离子，其中，n为整数，并且所述阴极液扩散率满足等式2，所述等式2为：
阴极液扩散率＝电荷状态值×(n价离子的扩散率)+(100-电荷状态值)×((n+1)价离子的扩散率)。
12.根据权利要求9所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的设备，其中，所述第一工作条件设置单元将当所述阳极液扩散率与所述阴极液扩散率一致时的电荷状态值设置为中间电荷状态值，并且根据等式3来确定所述最小电荷状态值和所述最大电荷状态值，所述等式3为：
最小电荷状态值＝中间电荷状态值-P，
最大电荷状态值＝中间电荷状态值+Q，
其中，P和Q为大于0的相同整数；所述最小电荷状态值大于或者等于0；并且所述最大电荷状态值小于或者等于100。
13.根据权利要求8所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的设备，其中，所述第二工作条件设置单元使用所述氧化还原液流电池的开路电压(OCV)曲线图来检测与所述最小电荷状态值对应的最小电压和与所述最大电荷状态值对应的最大电压，并且将所述最小电压和所述最大电压设置为所述氧化还原液流电池的工作电压。
14.根据权利要求8所述的用于控制氧化还原液流电池的操作的设备，其中，当检测到所述氧化还原液流电池的温度变化时所述扩散率确定单元获得所述阳极液离子的扩散率和所述阴极液离子的扩散率。
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