[发明专利]一种全钒液流电池用碳毡性能的检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及全钒液流电池技术领域，尤其涉及一种全钒液流电池用碳毡性能的检测系统及方法。

背景技术

全钒液流电池，全称为全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery，缩写为VRB)，简称为钒电池，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。它是一种非常具有发展前景的绿色环保储能电池，它在制造、使用和废弃过程中均不产生有害物质。具有特殊的电池结构，其活性物质贮存在电堆外部的储液罐中。钒电池与传统的固相蓄电池相比，具有浓差极化小、电池容量大且容易调整、寿命长、能耐受大电流充放、活性溶液可再生循环使用、不会产生污染环境的废弃物等优势，生产制造成本低，仅为铅蓄电池的20%～30%。

钒电池的电极为多孔惰性电极，常用材料为碳毡。碳毡不仅具有优良的导电性，而且具有很好的电化学反应活性，非常大的比表面，使钒电池的电极有效反应面积大幅增加。

碳毡有效活性反应面积直接影响电池的性能，反应活性面积小，钒电池电压效率和能量效率低且电流密度小。目前常用的有关碳毡性能的检测方法主要是使用专用检测仪器检测碳毡体电阻和直接安装在钒电池里利用电池性能测试系统进行检测。

目前常用的碳毡性能的检测方法中，专用检测仪器检测碳毡体电阻无法反映碳毡的电化学反应性能，只是得到了碳毡的导电性能。而直接安装在钒电池里利用电池性能测试系统进行检测，只能部分地反映出碳毡的反应性能，但掺杂了电解液流场分布、离子膜、集流板等诸多方面影响因素，不能单纯的反应出碳毡的电化学反应性能；而且检测方法不够简单快捷。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种全钒液流电池用碳毡性能的检测系统及方法，能够不引入其它影响因素，简单快捷地直接测得单位体积碳毡的电化学反应性能所对应的极限电流，从而单纯的反映出碳毡的电化学反应性能。

本发明一方面提供一种全钒液流电池用碳毡性能的检测系统，所述系统包括：直流电源、电压表、电流表、阳极、被测试碳毡、3.5价钒电解液和盛装所述3.5价钒电解液的容器，所述阳极的面积是所述被测试碳毡的面积的100倍以上，所述直流电源的正极连接所述阳极组成正极回路，所述直流电源的负极连接所述被测试碳毡组成负极回路，所述正极回路和负极回路分别接入一个所述电流表，所述阳极与被测试碳毡之间接入所述电压表，所述阳极和被测试碳毡浸入所述3.5价钒电解液中；检测时，逐步升高直流电源（1）的输出电压，至所述正极回路和负极回路上的所述电流表（3）的电流读数开始不相等时，此时所述电流表（3）的电流读数即为极限电流，所述极限电流直接反映所述被测试碳毡（5）的电化学反应性能。

进一步，所述阳极是阳极碳毡、铂金箔、钛箔或碳纸中的任意一种。

进一步，所述容器是圆筒形容器，所述阳极紧贴所述圆筒形容器的内壁，并完全浸没于所述3.5价钒电解液中。

更进一步，所述圆筒形容器是玻璃烧杯，或聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯材料的圆筒形容器中的任意一种。

进一步，所述直流电源是输出电压为0～5伏的高精度连续可调的直流电源。

本发明另一方面提供一种全钒液流电池用碳毡性能的检测方法，采用上述方案所述的全钒液流电池用碳毡性能的检测系统；检测时，逐步升高直流电源的输出电压，至所述正极回路和负极回路上的所述电流表的电流读数开始不相等时，即达到析氢电位，所述被测试碳毡开始发生析氢反应，此时所述电压表的电压读数即为极限电压，即开始发生析氢反应时的临界电压，此时所述电流表的电流读数即为极限电流，所述极限电流直接反映所述被测试碳毡的电化学反应性能。

进一步，检测前，所述被测试碳毡在所述3.5价钒电解液中浸泡至少30min后，再与所述直流电源的负极连接。

进一步，所述方法具体包括以下步骤：

（a）裁取长30～60cm、宽5～25cm的所述阳极碳毡，将所述阳极碳毡卷为圆筒状并置于所述玻璃烧杯中，使所述阳极碳毡紧贴所述玻璃烧杯的内壁，用导线将所述阳极碳毡与所述直流电源的正极连接；

（b）在保证所述阳极碳毡的面积是所述被测试碳毡的面积的100倍以上的基础上，裁取长1～4cm、宽1～3cm的所述被测试碳毡，放入所述3.5价钒电解液中浸泡至少30min，使所述3.5价钒电解液充分浸润所述被测试碳毡；

（c）将所述3.5价钒电解液倒入所述玻璃烧杯中，使所述阳极碳毡完全浸没于所述3.5价钒电解液中，将浸泡过的所述被测试碳毡与所述直流电源的负极连接并浸没于所述3.5价钒电解液中；