[发明专利]液流电池堆及包括其的电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及液流电池领域，特别地，涉及一种液流电池堆及包括其的电池系统。

背景技术

全钒氧化还原液流电池是一种以不同价态的钒离子电解液进行氧化还原的电化学反应装置，能够高效地实现化学能与电能之间的相互转化。该类电池具有使用寿命长，能量转化效率高，安全性好，环境友好等优点，能用于风能发电和光伏发电配套的大规模储能系统，是电网削峰填谷、平衡负载的主要选择之一。因此，近年来全钒氧化还原液流电池逐渐成为大容量储能电池研究的重点。

全钒氧化还原液流电池分别以钒离子V²⁺/V³⁺和V⁴⁺/V⁵⁺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。在全钒氧化还原液流电池储能系统中，电池堆性能的好坏决定着整个系统的充放电性能，尤其是充放电功率及效率。电池堆是由多片单电池依次叠放压紧，串联而成。其中，传统的单片液流电池的组成如图1a和1b所示。1为液流框，2为集流板，3为电极，4为离子交换膜，各组件组成单体电池，通过N个单体电池的堆叠组成电池堆5。

现有的液流电池堆一般采用并行液流的设计方式，且其组成的液流电池系统也为并行液路设计，导致系统旁路电流损耗较大，大大降低液流电池系统的库仑效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种液流电池堆及包括其的电池系统，以解决旁路电流损耗较大且库伦效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种液流电池堆，包括多个液流框并排地设置；集流板，设置在液流框内；电极，包括多个正极和负极，正极和负极设置在各集流板之间；离子交换膜，与集流板形成多个容纳电解液的电解液腔体；液流框的侧面上设有两组液流口，两组液流口包括一组正极液流口和一组负极液流口，正极液流口包括正极进液口和正极出液口，负极液流口包括负极进液口和负极出液口，并且每组液流口中的进液口和出液口一一对应地设置并与一个对应的电解液腔体连通；相邻的正极出液口与正极进液口之间串联顺序连通，相邻的负极出液口与负极进液口之间串联顺序连通。

进一步地，第n个正极和第n+2个正极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相同，其中n为自然数。

进一步地，第n个负极和第n+2个负极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相同，其中n为自然数。

进一步地，相邻正极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相反。

进一步地，相邻负极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相反。

本发明还提供一种电池系统，包括一个或多个第一类液流电池堆，第一类液流电池堆为前述的液流电池堆。

进一步地，电池系统还包括第二类液流电池，第二类液流电池的正极和负极的电解液液路为并行液路。

进一步地，多个液流电池堆之间的液路并联设置。

进一步地，多个液流电池堆之间的液路串联设置。

进一步地，液流电池堆为全钒液流电池堆。

本发明具有以下有益效果：

通过将液流电池堆中的液路串联设置，消除了液路并联时每个单电池之间的电压不同造成的旁路电流消耗，提高了液流电池系统的库仑效率和能量效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1a是现有技术的单片液流电池的结构示意图；

图1b是现有技术的电池堆示意图；

图2是根据本发明的液流电池堆的截面结构及正极电解液流向示意图；

图3是根据本发明的液流电池堆的截面结构及负极电解液流向示意图；

图4是根据本发明的液流电池堆中第n个液流框的正极面及正极电解液流向示意图；

图5是根据本发明的液流电池堆中第n个液流框的负极面及负极电解液流向示意图；

图6是根据本发明的液流电池堆中第n+1个液流框的正极面及正极电解液流向示意图；

图7是根据本发明的液流电池堆中第n+1个液流框的负极面及负极电解液流向示意图；以及

图8是根据本发明的液流电池系统的结构示意图。

具体实施方式