CN202996968U - 钒电池电解液储存*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种钒电池电解液储存***。该储存***包括正极电解液储液罐和负极电解液储液罐，还包括气压平衡装置，其中气压平衡装置与负极电解液储液罐连通，通过气压平衡装置与负极电解液储液罐之间的气体流动使正极电解液储液罐和负极电解液储液罐之间的气压相等。该电解液储存***同时保证了负极电解液储液罐中储存的电解液中的V2+不被空气氧化，解决了由于质子交换膜之间水的迁移而导致的储液罐液面的波动。
Description
技术领域
本实用新型涉及全钒液流电池技术领域，具体而言，涉及一种钒电池电解液储存***。
背景技术
全钒氧化还原液流电池（VRB），简称钒电池，是一种环境友好的新型储能***和高效的能量转化装置，具有规模大、寿命长、成本低、效率高的特点。钒电池可以作为发电***中的大规模电能储存和高效转换设备，用于电网的削峰填谷和平衡负荷，起到提高电能供给质量及稳定电站运行的作用。
钒电池分别以钒离子V5+/V4+和V3+/V2+作为电池的正负极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至反应场所（电池堆）再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。
在充电过程中，正极电解液中的氢离子通过质子交换膜扩散到负极电解液中。在氢离子扩散的过程中，会存在水的迁移，最终造成两侧储液罐的液位偏离初始状态，通常情况下负极电解液损失的水量等于正极电解液增加的水量。在放电过程中，同样也存在着水从负极电解液中迁移至正极电解液的情况。同时，负极电解液中V2+离子还原性强，容易被空气中的氧气氧化成V3+，从而造成钒电池充放电容量减少，能量效率下降。
为了解决上述的问题，有人提出了一种薄膜式全钒液流电池负极电解液储液罐的设计方法，通过将柔性薄膜夹装在储液罐罐体和罐盖之间来隔绝空气和电解液，薄膜也可以随着电解液液面的波动而上下波动。这种方法虽然可以解决一些问题，然而用于储液罐的耐酸耐氧化的柔性薄膜的结构比较复杂，增加了成本。
一些国内外的学者采用密闭式储液罐或者通惰性气体或者加入比电解液密度小且难溶于电解液的油类物质形成油封等措施，以解决储液罐中电解液不断减少及负极电解液容易被氧化的问题。然而这些措施并不能很好解决由于水迁移及V2+易被空气氧化而带来的实际工作中的问题，具体分析如下：
将储液罐做成密闭式可以彻底隔绝外界空气的进入，然而随着水迁移的进行，在正负极电解液的储液罐之间必定会形成压差，从而导致质子交换膜两侧形成压差，随着充放电的进行，这种往复变化的压差一旦超过一定限度就可能会导致质子交换膜的损坏。另外，全密闭的储液罐也不方便换液和加液等实际操作。通过持续向两个储液罐中通入惰性气体，确实可以有效阻断空气与电解液的接触，但是惰性气体的持续通入必定造成钒电池运行***的成本增加。
加入油类形成油封，同样也可以阻断空气与电解液的接触，然而钒电池在过充时，油类会分解，分解的油类同小的油滴会随着电解液的循环而带入电池堆，污染电池堆的碳毡及质子交换膜等核心部分，而影响***效率。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种钒电池电解液储存***，可以自动平衡工作过程中由于水迁移导致的正极电解液储液罐和负极电解液储液罐之间的气压差。
为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种钒电池电解液储存***，包括正极电解液储液罐和负极电解液储液罐，还包括气压平衡装置，其中气压平衡装置与负极电解液储液罐连通，通过气压平衡装置与负极电解液储液罐之间的气体流动使正极电解液储液罐和负极电解液储液罐之间的气压相等。
进一步地，气压平衡装置的第一端与正极电解液储液罐内的电解液上部空间相连通，气压平衡装置的第二端与负极电解液储液罐内的电解液上部空间相连通。
进一步地，气压平衡装置为连通器。
进一步地，气压平衡装置为气囊，气囊与负极电解液储液罐内的电解液上部空间相连通，正极电解液储液罐与大气连通。
进一步地，气压平衡装置为气囊，气囊为两个，两个气囊分别与正极电解液储液罐内的电解液的上部空间以及负极电解液储液罐内的电解液的上部空间相连通。
进一步地，气囊分别设置在正极电解液储液罐和/或负极电解液储液罐的内部。
进一步地，正极电解液储液罐和负极电解液储液罐的下部呈锥形。
进一步地，正极电解液储液罐和负极电解液储液罐的下端具有压力传感器接口和/或温度传感器接口。
进一步地，还包括沿正极电解液储液罐和/或负极电解液储液罐纵向设置的液位观测装置。
进一步地，正极电解液储液罐和/或负极电解液储液罐的上端还设有搅拌口。
本实用新型提供的钒电池电解液储存***，具有与负极电解液储液罐连通的气压平衡装置，通过气压平衡装置与负极电解液储液罐之间的气体流动从而保证了在钒电池工作过程中正极电解液储液罐和负极电解液储液罐之间的气压相等或近似相等。该电解液储存***同时保证了负极电解液储液罐中储存的电解液中的V2+不被空气氧化，解决了由于质子交换膜之间水的迁移而导致的储液罐液面的波动。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本实用新型一种典型实施例的钒电池电解液储存***的结构示意图；以及
图2示出了根据本实用新型另一种典型实施例的钒电池电解液储存***中的负极电解液储液罐的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
如图1和图2所示，钒电池电解液储存***包括正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20，还包括气压平衡装置30。其中气压平衡装置30与负极电解液储液罐20连通，通过气压平衡装置30与负极电解液储液罐20之间的气体流动使正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20之间的气压相等。
通过设置与负极电解液储液罐连通的气压平衡装置，通过气压平衡装置与负极电解液储液罐之间的气体流动从而保证了在钒电池工作过程中正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20之间的气压相等和平衡。该电解液储存***同时保证了负极电解液储液罐20中储存的电解液中的V2+不被空气氧化，同时可以适应由于质子交换膜之间水的迁移而导致的储液罐液面的波动。
根据本实用新型的一种典型实施例，气压平衡装置30的第一端与正极电解液储液罐10内的电解液上部空间相连通，气压平衡装置30的第二端与负极电解液储液罐20内的电解液上部空间相连通。优选地，如图1所示，气压平衡装置30为连通器。连通器的两端分别设置在正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20的上端。优选地，在正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20的顶端还设置有连通接口，通过连通接口与连通器与正、负极电解液储液罐连接。由于正极电解液储液罐10中的电解液增加量（减少量）等于负极电解液储液罐20中的电解液减少量（增加量），所以在密闭的正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20的体系中，正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20上部的气体通过连通器在储液罐之间迁移流动，进而解决了密闭储液罐体系液面波动造成的不良影响。
优选地，正极电解液储液罐10的顶端还设置有惰性气体进口80，惰性气体通过连通器从正极电解液储液罐10流入到负极电解液储液罐20中，再通过设置在负极电解液储液罐20顶端的惰性气体出口90逸出。在惰性气体进入正极电解液储液罐10前的管道上以及惰性气体逸出负极电解液储液罐20后的管道上分别设置有阀门，正极电解液储液罐10的惰性气体出口连通负极电解液储液罐20的惰性气体进口。当正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20中的电解液的上部空间充满惰性气体之后，将惰性气体进口80和惰性气体出口90前的阀门均关闭，此时正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20形成密闭体系。惰性气体隔开电解液与空气，防止负极的电解液被氧化，这样可以减少惰性气体用量，解决了现有技术中由于惰性气体持续供应所造成的成本较高的问题。
下面以图1中所示的钒电池电解液储存***为例来说明具体操作步骤。在钒电池电解液储存***运行前，打开正极电解液储液罐10上的惰性气体进口80处管道上的阀门以及负极电解液储液罐20上的惰性气体出口90处管道上的阀门，向储液罐中通入惰性气体以驱赶空气，当吹扫一定时间后关闭阀门。在钒电池电解液储存***的运行中，当正极电解液储液罐内的电解液液面上升时，负极电解液储液罐20内的电解液液面会下降，正极电解液储液罐10上部的气体经连通器转移到负极电解液储液罐20中，从而保持正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20上部的气压平衡。
根据本实用型的另一种典型实施例，气压平衡装置30为气囊，该气囊与负极电解液储液罐20内的电解液上部空间连通，正极电解液储液罐10与大气连通。本申请中的气囊优选设置在负极电解液储液罐20的上端。因为正极电解液储液罐10中的电解液不像负极电解液储液罐20中的电解液那样容易被氧化，故正极电解液储液罐可以与大气连通。根据本实用新型的又一种典型实施例，气压平衡装置30为气囊，气囊为两个，两个气囊分别与正极电解液储液罐10内的电解液的上部空间以及负极电解液储液罐内的电解液的上部空间相连通。优选地，实施例中分别在正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20的顶端设置有气囊。
与上述的设置连通器的钒电池电解液储液罐的实施例不同，图2示出了另一种实施例的钒电池电解液储存***的储液罐结构图。其中图2所示的储液罐结构可以为正极电解液储液罐，也可以为负极电解液储液罐。从图2中可以看出，储液罐的顶端设置有惰性气体进口80和惰性气体出口90。其中惰性气体进口80连通惰性气体源，用作缓冲作用的气囊通过一个管路连接在储液罐的顶端，该气囊具有弹性且大小可变，气囊的大小由储液罐的容积、装填系数及操作条件、水迁移率共同决定。如果对空间的要求较高时，气囊还可以设置在正极电解液储液罐10和/或负极电解液储液罐20的内部。当储液罐内的电解液液面下降时，气囊中的惰性气体转到储液罐中，当储液罐内的电解液液面上升时，储液罐内的惰性气体转移到气囊中，这样利用气囊的缓冲作用来适应电解液液面的波动，并隔绝外界空气进入储液罐中氧化电解液。
下面以图2中所示的钒电池电解液储存***中的储液罐为例说明具体操作步骤。在钒电池电解液储存***运行前，将惰性气体进口80和惰性气体出口90管路上的阀门打开，通入惰性气体吹扫以排除储液罐内的空气，同时将气囊中的空气挤出，然后关闭连通气囊的管路上的阀门。吹扫一定时间后，关闭惰性气体出口90管路上的阀门，打开连通气囊的管路上的阀门并向弹性气囊中充入适量的惰性气体，然后关闭管路惰性气体进口80上的进气阀门。通入的惰性气体量由水迁移可能造成的体积损失量决定。当储液罐内的液面上升时，储液罐上部的惰性气体转移至弹性气囊中，气囊变大，从而适应液面变化并隔绝空气。
本实用新型的正极电解液储液罐10上设置有正极电解液加入口和流回口，负极电解液储液罐20的顶端设置有负极电解液加入口和流回口，加入口和流回口均设置有阀门，不用的时候关闭，以隔绝空气和电解液。优选地，正极电解液储液罐10和/或负极电解液储液罐20的上端还设有搅拌口70。在搅拌口70不用的情况下，可以用盲板将搅拌口70封死，隔绝空气和电解液。
进一步优选地，如图1和图2所示，在正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20的下端具有压力传感器接口40和/或温度传感器接口50。通过设置压力传感器接口40与外部的压力传感器连接，可以根据静压原理求出液位；通过温度传感器接口50与外部的温度传感器连接，可以方便且快捷地测出储液罐内电解液的温度。通过设置压力传感器接口40和/或温度传感器接口50，可以实时检测储液罐内的液位与温度。
为了方便地观测液位，本实用新型的钒电池电解液储存***还包括沿正极电解液储液罐10和/或负极电解液储液罐纵向设置的液位观测装置60。优选地，液位观测装置60为连通器结构，连通储液罐的上部和下部，作为储液罐内部液位观测窗口。
本实用新型所采用的正、负极电解液储液罐由耐硫酸腐蚀的高分子材料组成。优选采用玻璃纤维增强树脂内衬耐硫酸腐蚀的高分子材料，可以提高强度并降低成本。本实用新型的储液罐与外界的接口设计成法兰结构，可以方便地进行安装和拆卸。正极电解液储液罐10和负极电解液储液罐20的下部呈锥形，以便在检修时可以将储液罐内的电解液彻底排出。在锥形的底端设计有电解液出口，为电池堆提供电解液，经过电池堆之后的电解液由设置在储液罐顶端的电解液进入口流入。
从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：本实用新型提供的钒电池电解液储存***，具有与负极电解液储液罐连通的气压平衡装置，通过气压平衡装置与负极电解液储液罐之间的气体流动从而保证了在钒电池工作过程中正极电解液储液罐和负极电解液储液罐之间的压差平衡。该电解液储存***同时保证了负极电解液储液罐中储存的电解液中的V2+不被空气氧化，解决了由于质子交换膜之间水的迁移而导致的储液罐液面的波动带来的负面问题。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钒电池电解液储存***，包括正极电解液储液罐（10）和负极电解液储液罐（20），其特征在于，还包括气压平衡装置（30），所述气压平衡装置（30）与所述负极电解液储液罐（20）连通，通过所述气压平衡装置（30）与所述负极电解液储液罐（20）之间的气体流动使所述正极电解液储液罐（10）和所述负极电解液储液罐（20）之间的气压相等。
2.根据权利要求1所述的储存***，其特征在于，所述气压平衡装置（30）的第一端与所述正极电解液储液罐（10）内的电解液上部空间相连通，所述气压平衡装置（30）的第二端与所述负极电解液储液罐（20）内的电解液上部空间相连通。
3.根据权利要求2所述的储存***，其特征在于，所述气压平衡装置（30）为连通器。
4.根据权利要求1所述的储存***，其特征在于，所述气压平衡装置（30）为气囊，所述气囊与所述负极电解液储液罐（20）内的电解液上部空间相连通，所述正极电解液储液罐（10）与大气连通。
5.根据权利要求1所述的储存***，其特征在于，所述气压平衡装置（30）为气囊，所述气囊为两个，两个所述气囊分别与所述正极电解液储液罐（10）内的电解液的上部空间以及所述负极电解液储液罐（20）内的电解液的上部空间相连通。
6.根据权利要求4或5所述的储存***，其特征在于，所述气囊分别设置在所述正极电解液储液罐（10）和/或所述负极电解液储液罐（20）的内部。
7.根据权利要求1所述的储存***，其特征在于，所述正极电解液储液罐（10）和所述负极电解液储液罐（20）的下部呈锥形。
8.根据权利要求1所述的储存***，其特征在于，所述正极电解液储液罐（10）和所述负极电解液储液罐（20）的下端具有压力传感器接口（40）和/或温度传感器接口（50）。
9.根据权利要求1所述的储存***，其特征在于，还包括沿所述正极电解液储液罐（10）和/或所述负极电解液储液罐纵向设置的液位观测装置（60）。
10.根据权利要求1所述的储存***，其特征在于，所述正极电解液储液罐和/或所述负极电解液储液罐的上端还设有搅拌口（70）。
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2012
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