[发明专利]具备催化剂管理与电解液容量再平衡的液流电池子系统

说明书

本发明提供一种具备催化剂管理与电解液容量再平衡的液流电池子系统，包括：第一、第二流动环路、功能型电堆、第一、第二辅助储液罐，通过第一、第二辅助储液罐分别向功能型电堆的两极侧充入液流电池主系统电解液，功能型电堆以原位电化学沉积法富集液流电池主系统电解液中的低浓度金属基催化剂离子，使金属基催化剂离子溶解于子系统的电解液中，为主电堆提供含有高浓度金属基催化剂离子的电解液；通过第一或第二辅助储液罐向功能型电堆的单极侧充入再平衡液，以调整液流电池主系统中电解液荷电状态的平衡。本发明子系统搭配液流电池主系统使用，兼具沉积型催化剂浓度管理和正负极电解液荷电状态再平衡功能。

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，具体地，涉及一种具备原位沉积型催化剂管理与电解液容量再平衡功能的液流电池子系统及液流电池系统。

背景技术

随着间歇性可再生能源发电占比的提高，及社会发展为大型电网提出“高可靠”、“智能化”等新要求，各种储能技术受到越来越广泛的关注。液流电池系统可以实现电能与化学能的直接转换，并且具有容量与功率可独立设计、运行寿命长、响应时间短等优点，已成为储能技术产业化应用的代表之一。

液流电池的电极活性限制了电堆的运行电流密度，进而导致电堆设计体积及建造成本的增加。同时，对于铁铬、全钒等液流电池常用的电化学体系，其负极工作电位已进入水基电解液的析氢副反应区间。副反应会造成两极电解液状态的失衡，故需要进行有效的控制。

经检索发现公开号为CN110729506A、CN112164805A的中国专利，均涉及通过原位电化学还原的方式向电极表面沉积有催化作用的金属颗粒，可以实现电极材料的改性。改性后电极材料表面所发生的主反应电化学活性增强、析氢副反应所需的过电位提高。这有助于提升液流电池系统的表现。但是即使通过金属基催化剂对电极进行修饰，电极表面发生的少量析氢副反应仍然会在液流电池的长期充放电运行过程中形成累积效应，进而出现正负极电解液荷电状态(State of Charge,SOC)的不平衡，这一现象会直观地表现为液流电池正负极电解液容量的不平衡，最终降低液流电池系统的有效储能容量。另发现公开号为CN111969234A、CN105702997A的中国专利，提出了用于液流电池电解液容量再平衡的装置，但相关装置尚未对“原位沉积型催化剂浓度管理”的功能进行整合。

相关技术(专利公开号：CN211088413U)所提出的液流电池储能系统中，同时设计有用于催化剂沉积的独立储罐和光催化型再平衡系统。然而，对于使用流经型电极、电极表面修饰有金属基催化剂的大型液流电池系统，其在实际运行过程中可能出现电堆过度放电的现象。这会导致电极表面沉积的颗粒状金属基催化剂被氧化、脱落，并以金属离子的形式溶解到电解液中。当溶有金属基催化剂离子的电解液流入到液流电池大型储罐中后，催化剂离子的浓度会显著降低。同时，由于液流电池系统具有功率和容量独立设计的特点，大型储罐中电解液的总体积难以确定，故对应的催化剂离子浓度也难以确定。此时，如果需要再次将金属基催化剂离子均匀地沉积到主电堆电极表面，则需要首先对大型储罐中的催化剂离子进行有效的富集，控制和提高催化剂离子的浓度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供具备原位沉积型催化剂管理与电解液容量再平衡功能的液流电池子系统。

本发明第一个方面，提供一种具备原位沉积型催化剂管理与电解液容量再平衡功能的液流电池子系统，与液流电池主系统相连，所述液流电池主系统包括主电堆、正极储液罐和负极储液罐，所述子系统包括：

功能型电堆；

第一流动环路，所述第一流动环路将所述功能型电堆的正极侧、主电堆的正极侧以及正极主储液罐三个部分连接，同时具备调整循环回路组合方式的功能；

第二流动环路，所述第二流动环路将所述功能型电堆的负极侧、主电堆的负极侧以及负极主储液罐三个部分连接，同时具备调整循环回路组合方式的功能；