[实用新型]自带电解池的钒电池系统

说明书

本实用新型涉及一种自带电解池的钒电池系统，包括电堆(1)、正极储液罐(2)和负极储液罐(3)，电堆正极与正极储液罐(2)之间通过第一阀(V1)连通，电堆负极与负极储液罐(3)之间通过第二阀(V2)连通，其特征在于，所述正极储液罐和负极储液罐之间通过阀连通，并且在所述钒电池系统的管路上设有静态电解槽(6)。本实用新型还涉及一种钒电池液的再平衡方法。采用本实用新型的系统或方法，可直接在钒电池系统内对钒电解液进行电解还原初始化，避免引入杂质，可同时有效解决电池容量衰减问题和体积失衡问题。

技术领域

本实用新型涉及液流电池，更具体涉及钒电池系统。

背景技术

全钒液流电池是通过不同价态钒离子氧化还原电对的相互转化，来实现电能的储存和释放。正极是由VO²⁺/VO₂⁺氧化还原电对组成，负极是由V³⁺/V²⁺组氧化还原电对组成，通过离子交换膜进行质子交换完成充放电。由于具备容量与功率相对独立且可调节、相对长的循环寿命、能量转换效率高、安全性能高、环境友好等优点，全钒液流储能系统被广泛应用于风能、太阳能等可再生能源的供电系统配套蓄电储能设备、电网的调峰填谷、不间断电源和应急电源系统等领域。

目前，钒电池通常以V³⁺/VO²⁺为1:1的电解液为初始电解液，按等体积分别注入钒电池正负极。经过多次充放电循环后，由于钒离子跨膜迁移以及各种副反应(析氢、析氧以及气密性差导致的低价态钒离子被空气氧化)，将出现正负极电解液钒离子总量不平衡、正负极混合价态偏离(理想充放电情况下正负极电解液混合价态为3.5价)等问题，导致电池容量衰减，极大地影响了电池的综合性能，降低了钒电池的循环使用寿命。同时在电池的运行过程中，常伴随着水的定向跨膜迁移，导致正负极电解液体积失衡，严重影响了电池性能，甚至对系统造成威胁。

针对上述问题，现有技术的一种解决方案是，将钒电池系统内的电解液进行更换，更换下的电解液返厂再还原成初始态(V³⁺/VO²⁺为1:1)。这种方法操作成本高，几轮下来，就相当于换掉整个钒电池。另一种方法是通过化学法直接对钒电池系统内电解液的钒离子进行氧化或还原。CN 104471772A公开了一种钒电池系统，其中将甲醇、乙二醇、甘油、有机酸、甲酸、草酸或甘油等还原剂引入电解液，以校正正不平衡，或者将过氧化氢等氧化剂引入电解液中，以校正负不平衡。该方法的不足是，还原剂或氧化剂的加入量难以控制，且向电解液中引入了新的杂质，也无法解决钒离子迁移造成的容量衰减和正负极体积失衡的问题。

CN 103762377A公开一种钒电池及其电解液再平衡的方法，通过提供低价钒离子溶液和回收高价钒离子溶液来减少正负极电解液中钒离子的摩尔量之差。该方法操作简单，不易引入新的杂质。但低价钒离子易被氧化，不易长时间存储在低价钒离子溶液供应装置中，且该方法无法恢复由于负极钒离子浓度和溶液体积的变化造成的容量衰减。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种钒电池系统，以解决现有技术中电解液再平衡操作不简便或者容易引进杂质的问题。

本实用新型的第一方面，提供一种钒电池系统，包括电堆、正极储液罐和负极储液罐，电堆正极与正极储液罐之间通过第一阀连通，电堆负极与负极储液罐之间通过第二阀连通，所述正极储液罐和负极储液罐之间通过阀连通，并且在所述钒电池系统的管路上设有静态电解槽。

在一个具体实施方式中，所述电解槽设于电堆正极的连接管路上，并且所述电解槽与所述正极储液罐之间通过第三阀连通，所述电解槽通过第四阀与电堆负极出液管相连，所述负极储液罐通过第五阀与电堆正极出液管相连。

进一步地，所述正极储液罐和负极储液罐的底部通过液位平衡阀连通。

进一步地，所述正极储液罐和负极储液罐的的顶部通过气压平衡阀连通。