CN110718709A - 一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置及其工作方法 - Google Patents

一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置及其工作方法 Download PDF

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孙旭东
惠宇
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Abstract

本发明公开了一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置及其工作方法，包括：入口稳流器、反应器、交直流电转换器、负载、电能装置、出口稳流器和储液罐，所述储液罐出口通过输液管与入口稳流器相连，所述入口稳流器位于反应器入口处，在反应器出口处设有出口稳流器，所述出口稳流器通过输液管连回至储液罐进口；在反应器中设有并行连接且交替排列的正负电极板，正电极板通过导线与交直流电转换器一端连接，负电极板通过导线与交直流电转换器另一端连接，所述交直流电转换器还分别与负载、电能装置相连。本申请避免了电解液交叉污染和昂贵的离子交换膜问题；降低了电解液在电极板间的流动阻力，满足提高液流电池充放电性能的要求。

Description

一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种氧化还原液流电池装置，特别是涉及一种单液无膜全沉积铅酸液流电池装置，属于能源科学技术新能源与节能领域。
背景技术
能源危机与环境污染已经威胁到人类的生存和发展，大规模开发和应用无碳清洁分布式能源已经成为当今和今后人类社会生活的主题。在无碳清洁分布式能源中，储量最为丰富和最具规模化应用前景的是太阳能和风能等分布式能源。但是自然界中的太阳能和风能能量密度低，在时间和地域分布上极不均匀，随时间和季节波动性、地域差异性很大，这些都是限制其规模化开发应用的瓶颈。
氧化还原液流电池作为新型的蓄电储能装置，具有诸多潜在的优良性能，如储能容量大、可超深度放电、使用寿命长、浓差极化小等，而且不受地理条件限制，可以作为太阳能、风能等分布式清洁能源的配套储能设备，还可以作为电网的调峰装置，提高输电质量，保障电网安全。
由于氧化还原液流电池的种类不同，其反应机理不同。在传统的全钒体系、多硫化钠/溴体系和铁/铬体系等氧化还原液流电池中，存在两个主要不足之处：一个是关键组件隔膜，其性能不是很稳定，而且隔膜价格昂贵，这是传统液流储能电池发展的瓶颈。另外一个需要两套输液***，使得***结构复杂，成本增加。而现有的铅酸液流电池是由一块正极板和一块负极板通过螺纹固定在一起，电解液流经两电极板间的缝隙。这种电池的容量比较低，电解液在狭小的缝隙中流动阻力比较大，从而使得电池内阻较大，电池能耗较高，效率较低，而且电池使用过程中，电极板更换麻烦。
因此设计适合液流电池稳定充放电的反应器，去除液流电池在充放电过程中电极板数量和间距、电解液流动阻力对电池性能的影响因素，对全沉积型铅酸液流电池和其它单液无膜氧化还原液流电池极为必要。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置及其工作方法，避免了电解液交叉污染和昂贵的离子交换膜问题；降低了电解液在电极板间的流动阻力，满足提高液流电池充放电性能的要求。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置，包括：入口稳流器、反应器、交直流电转换器、负载、电能装置、出口稳流器和储液罐，所述储液罐出口通过输液管与入口稳流器相连，所述入口稳流器位于反应器入口处，在反应器出口处设有出口稳流器，所述出口稳流器通过输液管连回至储液罐进口；在反应器中设有并行连接且交替排列的正负电极板，正电极板通过导线与交直流电转换器一端连接，负电极板通过导线与交直流电转换器另一端连接，所述交直流电转换器还分别与负载、电能装置相连。
进一步的，正负电极板与反应器为插拔式连接。
进一步的，所述储液罐内是1.5mol/L的甲基磺酸铅和0.9mol/L的甲基磺酸的混合液。
进一步的，在储液罐出口与入口稳流器之间的输液管上依次设有循环泵、流量计。
本申请还提供一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置工作方法，具体包括：循环泵将储液罐中的电解液通过输液管流入到入口稳定器中，电解液在入口稳定器中稳定后分流进入反应器中，电解液在反应器中的液面不断升高到达出口而从反应器中流入到出口稳定器，然后经过输液管流入到储液罐中而实现电解液的循环流动；
充电时，将交直流电转换器中的档位调至充电档；这时，电流经过导线通入电极板中，在有电流通过的条件下，电解液中的Pb离子发生氧化还原反应而在正极板上沉积PbO2和负极板上沉积Pb；放电时，将交直流电转换器中的档位调至放电档；这时，正负极板上的PbO2和Pb沉积物发生氧化还原反应生成Pb离子而溶入到电解液中，同时在整个回路上产生电流输送给负载。在充放电过程中，需要根据充放电电流、电压的大小或反应器中电极板的数目不同通过流量计调整电解液流量的大小。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：
1.本申请由多组正负电极并行连接且交替排列，正、负电极板的数量可以根据电池容量进行调整，保证液流电池在充放电过程中液流电池反应器具有更大的单位容积电极反应面积，提高全沉积型铅酸液流电池的单位容积电容量。
2.通过在电解液流经反应器的前后分别增加稳流器，在电解液流动过程中起到稳定和分流的作用，保证电池在充放电过程中，能提高电解液在反应器中正、负电极间的流动稳定性和均匀性，提高电极电流分布的均匀性，从而提高电池的充放电性能。
3.通过对液流电池反应器的改进，可以将正、负电极板设计为插拔式结构，能实时对电池的容量进行调整，同时也可以对电极板进行实时更换，进而提高电池的稳定性和可维护性。
4.正负极使用同一种液体，均以甲基磺酸和甲基磺酸铅混合液为电解液，避免了电解液的交叉污染和昂贵的离子交换膜问题。
附图说明
图1为一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置结构示意图；
图中序号说明：1.循环泵；2.流量计；3.输液管；4.入口稳流器；5.反应器；6.负电极板；7.交直流电转换器；8.负载；9.电能装置；10.正电极板；11.出口稳流器；12.储液罐。
具体实施方式
本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
本实施例提供一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置，包括循环泵1、流量计2、输液管3、入口稳流器4、反应器5、负电极板6、交直流电转换器7、负载8、电能装置9、正电极板10、出口稳流器11和储液罐12。所述的循环泵1具有优良的耐强酸腐蚀性，其最大流量为20L/min，循环泵的最大流量也可以根据电池容量和性能要求而变化。所述的流量计2具有优良的耐强酸腐蚀性，其量程为0.1L/min～20L/min，流量计2的量程也可以根据电池容量和性能要求而变化。电解液在流经反应器的前后分别增加能起到稳定和分流作用的入口稳流器4和出口稳流器11，提高电极电流分布的均匀性和电池的充放电性能。所述反应器5内正负电极板并行连接且交替排列，正负电极板数量可由电池容量大小确定。所述反应器5内正负电极板可设计为插拔式结构，可以实时调整电极板数量和更换电极板。所述的储液罐12容积为10L，储存的1.5mol/L的甲基磺酸铅和0.9mol/L的甲基磺酸的混合液。
该装置充分利用流体流动、化学反应、电解液沉积和溶解等原理，实现正、负电极板数的可调性，保证在充放电过程中液流电池具有更大的单位容积电极反应面积，提高电池的单位容积电容量。通过在电解液流经反应器的前后分别增加稳流器，在电解液流动过程中起到稳定和均匀分流的作用，保证电池在充放电过程中，能提高电解液在反应器中正、负电极间的流动稳定性和均匀性，提高电极电流分布的均匀性，从而提高电池的充放电性能。
实施例2
将实施例提供的单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置在小型的太阳能发电装置上试用，安装在太阳能发电装置的用电部位。电解液是1.5mol/L的甲基磺酸铅和0.9mol/L的甲基磺酸的混合液；储液罐的容积为10L，电解液的流量为2L/min；电极板数为50，其中正负极板各为25；充放电电流为20A，充放电时间为10h。
本申请电池装置运行了100个充放电循环，充放电过程中运行稳定，可靠，运行过程中没有发生沉积物脱落或沉积物粘连导致断路或短路的现象。停止充放电后，电极板上的沉积物比较致密和均匀，说明本发明的液流电池储能装置在此电解液流量和反应器结构设计条件下，电解液在反应器内流场分布非常均匀，而且与电极板之间的接触非常充分，使得液流电池储能装置具有稳定的充放电性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置，其特征在于，包括：入口稳流器、反应器、交直流电转换器、负载、电能装置、出口稳流器和储液罐，所述储液罐出口通过输液管与入口稳流器相连，所述入口稳流器位于反应器入口处，在反应器出口处设有出口稳流器，所述出口稳流器通过输液管连回至储液罐进口；在反应器中设有并行连接且交替排列的正负电极板，正电极板通过导线与交直流电转换器一端连接，负电极板通过导线与交直流电转换器另一端连接，所述交直流电转换器还分别与负载、电能装置相连。
2.根据权利要求1所述一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置，其特征在于，正负电极板与反应器为插拔式连接。
3.根据权利要求1所述一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置，其特征在于，所述储液罐内是1.5mol/L的甲基磺酸铅和0.9mol/L的甲基磺酸的混合液。
4.根据权利要求1所述一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置，其特征在于，在储液罐出口与入口稳流器之间的输液管上依次设有循环泵、流量计。
5.一种单液无膜全沉积型铅酸液流电池装置工作方法，其特征在于，具体包括：循环泵将储液罐中的电解液通过输液管流入到入口稳定器中，电解液在入口稳定器中稳定后分流进入反应器中，电解液在反应器中的液面不断升高到达出口而从反应器中流入到出口稳定器，然后经过输液管流入到储液罐中而实现电解液的循环流动；
充电时，将交直流电转换器中的档位调至充电档；这时，电流经过导线通入电极板中，在有电流通过的条件下，电解液中的Pb离子发生氧化还原反应而在正极板上沉积PbO2和负极板上沉积Pb；放电时，将交直流电转换器中的档位调至放电档；这时，正负极板上的PbO2和Pb沉积物发生氧化还原反应生成Pb离子而溶入到电解液中，同时在整个回路上产生电流输送给负载。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104078695A (zh) * 2014-07-22 2014-10-01 沈阳工程学院 一种全沉积型铅酸液流电池储能装置
CN109065932A (zh) * 2018-08-09 2018-12-21 中南大学 沉积型液流电池

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Non-Patent Citations (1)

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Title
林仁荣等: ""无膜单液铅酸液流电池的制备与性能研究"", 《沈阳工程学院（自然科学版）》 *

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