[发明专利]钒电池正极电解液荷电状态的原位监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及全钒氧化还原液流电池(vanadium redox flow battery，以下简称钒电池)正极电解液荷电状态的监测技术，具体为一种原位监测钒电池正极电解液荷电状态(SOC，State of Charge)的方法。另外，本发明还涉及该方法在钒电池运行时正极电解液原位监测过程中的具体应用。

背景技术

全钒离子氧化还原液流电池是基于与V²⁺/V³⁺电对的电势差及氧化还原反应的新型二次电池及储能技术，与传统的铅酸蓄电池相比，具有可快速和大容量充放电、自放电率低、结构简单、无污染等诸多优点，在风力发电、光伏发电储能以及电网调峰等领域应用前景非常广阔。对于钒电池而言，能量存储与转换的核心是电解液。电解液的荷电状态SOC则是表征电池剩余容量状态的一个重要参数，SOC的监测对钒电池运行控制、系统设计及维护等具有非常重要的意义。

目前，钒电池电解液荷电状态的测定普遍采用电位滴定法，该法需要取出一定量电解液来进行滴定分析，操作繁琐且耗时较长，不适应于SOC的原位监测(InSitu Monitoring)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位监测钒电池正极电解液荷电状态的方法，解决现有技术中存在的操作繁琐且耗时较长，不适应于SOC的原位监测等问题。

本发明的技术方案是：

一种钒电池正极电解液荷电状态的原位监测方法，包括如下步骤：

(1)在某一钒电池运行过程中，随机抽取一批温度恒定、不同充放电时间的正极电解液，以数字式温度计检测每种电解液的温度，以数字式pH计测定每种正极电解液的氧化还原电位值ORP_a(Oxidation Reduction Potential)，同时利用电位滴定法测定每种电解液中四价(VO²⁺)和五价(VO₂⁺)钒离子的浓度，计算出该电解液的SOC_a值；

(2)将(1)中所测每种正极电解液的SOC_a值转换为其值，并建立每一对应条件下的一元线性回归方程；

(3)将(2)中一元线性回归方程进行温度代换，使其转换为在钒电池正常工作温度范围内对温度值具有普适性的ORP_a-SOC_a关系方程；

(4)以(3)所得ORP_a-SOC_a关系方程为基础，将数字式温度计和数字式pH计附带氧化还原电极置于待测钒电池正极电解液中，测定钒电池运行过程中正极电解液的温度值和ORP_a值，就可获得相应状态下电解液的SOC_a值，从而实现各种钒电池正极电解液荷电状态的原位监测。

所述的钒电池正极电解液荷电状态的原位监测方法，步骤(3)中的ORP_a-SOC_a关系方程如下：

SOCa=11+exp(897.1665-ORPa0.08652·Ta)×100%]]>

ORP_a-正极电解液氧化还原电位值，mV；

SOC_a-正极电解液荷电状态，0≤SOC_a≤100％；

T_a为正极电解液实际温度，K。

所述的钒电池正极电解液荷电状态的原位监测方法，随机抽取一批不同充放电时间的正极电解液是指SOC_a值为(0，100％)开区间内任意值的正极电解液。