[发明专利]一种免充电热再生电化学液流循环系统及工作方法

说明书

本发明公开了一种免充电热再生电化学液流循环系统及工作方法。以电对Fe(CN)₆^3‑/Fe(CN)₆^4‑和I^‑/I₃^‑构成原电池，由于两个电对具有相反的温度系数且电极电势相近，通过选取合适的电对离子浓度，在某一温度(T₀)下该原电池的开路电势为零，即开路电势随温度呈现由正到负的变化趋势。具体地，在较低温度(T₁)下，电对Fe(CN)₆^3‑/Fe(CN)₆^4‑为正极，电对I^‑/I₃^‑为负极，可进行放电；在较高温度(T₂)下，电对I^‑/I₃^‑为正极，电对Fe(CN)₆^3‑/Fe(CN)₆^4‑为负极，仍可进行放电。对于某一特定的低温热源区间(T₁T₀T₂100℃)，通过物质组成的调节，可实现T₀‑T₁≈T₂‑T₀，即可保证在高、低温热源下原电池具有相近的电压和容量。本发明实现了无需外接电源的条件下将低温热能储存为化学能进而转化为电能，且适用于可变的低温热源区间。

技术领域

本发明属于热电化学储能及转化领域，具体涉及一种免充电热再生电化学液流循环系统及工作方法。

背景技术

由于较低的一次能源利用率，我国主要能源工业的总燃料消耗和CO₂排放约占总量的70％，其中60％以上为低温余热能(120℃)，这逐渐被认为是一种“可再生能源”。此外，废热直接排放会加剧环境污染和温室效应。因此，发展先进的低温余热能利用技术将这一“可再生能源”高效地储存和转化为电能是提高能源利用率和实现“碳中和”的有效途径。近年来，相比于传统的固态温差发电器和有机朗肯循环，液态的热电化学系统在低温热能储存和转化方面可实现更高的功率密度和转化效率，且成本较低。最具发展前景的液态热电化学技术有热电化学电池、热再生氨基电池和热再生电化学循环，其中热再生电化学循环实现了最高的热电转化效率且循环稳定，但目前研究的热再生电化学循环基本均需要外接电源进行充电，这造成了系统运行的不便性，且在较大电流或高功率条件下，无法实现热电转化。此外，目前的热再生电化学循环系统无法在不同的低温热源区间均可实现最佳性能。

发明内容

针对现有技术情况，本发明提出了一种免充电热再生电化学液流循环系统及工作方法，实现了无需外接电源充电的条件下将低温热能储存为化学能进而转化为电能，且通过调节物质浓度可使电池在不同低温热源区间获得最佳性能，同时电解液循环流动有助于提升电池容量和能量密度，便于换热一体化设计，从而实现低温热能到电能的高效转化。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种适用于可变低温热源的免充电热再生电化学液流循环系统，包括两个分别处于较低温度和较高温度的液流电池系统，以及两个用于高、低温热源间电解液流动换热的换热器；各液流电池系统由正、负极储液罐、两个蠕动泵、控制阀、外接电阻和电池模块组成；电池模块由集流体、多孔电极、正、负极流道和阳离子交换膜堆叠组成；在较低温度系统中，正、负极流道中的电解液分别为Fe(CN)₆^3-/Fe(CN)₆^4-和I^-/I₃^-，在较高温度系统中，正、负极流道中的电解液分别为I^-/I₃^-和Fe(CN)₆^3-/Fe(CN)₆^4-，电解液通过蠕动泵在系统中循环流动。