[发明专利]一种液流电池储能系统

说明书

本发明公开了一种液流电池储能系统，包括再平衡电池、平衡度测量装置，平衡度测量装置用于测量液流电池中离子平衡度，当液流电池中离子平衡度达到预设平衡阀值时，启动电解质再平衡电池工作，再平衡电池将正极电解质溶液中的高价阳离子还原，使正极电解质溶液中的阳离子恢复平衡，使整个液流电池储能系统的容量稳定。本发明使整个液流电池储能系统容量稳定、保障系统寿命，还具有电压保护，提高了系统的安全性与稳定性。

技术领域

本发明涉及新能源领域，特别涉及一种液流电池储能系统。

背景技术

液流电池的电化学氧化还原反应体系有全钒V/V电池(VRB)、多硫化钠-溴(NaS_x/Br)电池、锌-氯(Zn/Cl2)或锌-溴(Zn/Br₂)电池和铁-铬(Fe/Cr)电池。其中，VRB和Fe/Cr液流电池体系正负极均为完全的液流状态，相对于其它的固态电池或者单液流电池，具有明显的优越性：寿命长、性能稳定、成本低、设计灵活、易规模化放大，建设不受地域限制，而且安全可靠。

早在20世纪70-80年代美国国家航空航天局(NASA)的路易斯研究中心(LewisResearch Center)就对Fe/Cr电池系统投入了大量的研究，克服了正负电极的电解质溶液透过电解质膜的混合难题和催化电极关键部件的制备，研制出了1kW的电池储能系统，充放电循环100次以后电池的效率仍在80％以上。之后将技术产权转入商业公司准备产品的开发，但是由于石油危机的减缓，该公司没有选择将这一技术进行进一步的发展。20世纪80年代的后期日本住友株式会社下关西电力公司报道了10kW级的电池系统具有了300次循环80％转换效率的性能。可能出于类似的原因，日本也没有在后来继续这方面的工作。随着新能源发电技术发展需求，最近该系统又重新在美国和西班牙、中国得到了重视。开始了Fe/Cr液流电池体系的研发与技术产品的商业示范和应用。

显然，为了实现铁-铬液流电池储能系统的功能，最重要的技术之一是该液流电池的储能系统工艺。储能系统就是将电能转化为化学能储存在电解质溶液中，然后需要时再将电解质溶液中的化学能转换回电能释放到电网或者外部负荷。系统工艺的作用就是提供铁-铬液流电池系统工作的合理工况条件，并实现安全稳定控制，保障系统充放电性能的稳定性。储能系统工艺包括主要的关键设备有液流电池堆、电解质溶液循环系统、以及系统控制电气与软件。

如图1所示，传统的铁-铬液流电池在正负极的氧化还原反应均发生在循环流动液态水相溶液中的固态电极表面，正极流体为Fe²⁺/Fe³⁺的盐酸盐电解质溶液，负极流体为Cr²⁺/Cr³⁺的盐酸盐电解质溶液，分别通过循环泵把电解质溶液从各自储罐输送到液流电池堆内正负极各半电池腔中，在流体动能作用下各自流回到储液罐。

该系统存在以下技术问题：

1、由于液流电池堆由多对电池单元叠加而成，电池单元的性能会因为各种工况和材料上的差异造成各不相同，存在不一致性的问题，造成个别电池单元充电电压过高和放电电压过低，安全性和稳定性差。

2、对于全钒和铁-铬液流电池，负极反应的电位较低，平衡电位相对于标准氢电极分别为-0.26V和0.41V。这样在充电时且过电位偏大的情况下，在负极均会有氢气析出，只是全钒液流电池的析氢程度较小，因为析氢不可逆反应发生，造成了正极反应物的损失，对于全钒液流电池即是4价钒的损失；而对于铁-铬液流电池是2价铁离子的损失。造成正负极离子浓度的不平衡。造成液流电池容量不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种液流电池储能系统，包括再平衡电池、平衡度测量装置，平衡度测量装置用于测量液流电池中离子平衡度，当液流电池中离子平衡度达到预设平衡阀值时，启动电解质再平衡电池工作，再平衡电池将正极电解质溶液中的高价阳离子还原，使正极电解质溶液中的阳离子恢复平衡，使整个液流电池储能系统的容量稳定。