[实用新型]一种测量液流电池电解液浓度分布的装置

说明书

本实用新型属于液流电池技术领域，涉及一种测量液流电池电解液浓度分布的装置，设置有液流电池，在所述液流电池内部嵌入至少2个子电池。该测量液流电池电解液浓度分布的装置还包括依次堆叠而成的负极端板、负极集流体板框、负极、隔膜、正极、正极集流体板框、正极端板；负极子集流体，子负极、隔膜、子正极、正极子集流体依次堆叠构成了子电池。这些部件依次堆叠后，用螺栓紧固形成镶嵌n(n≧2)个子电池的测量装置。采用该测量液流电池电解液浓度分布的装置可以获得电解液浓度的分布情况，用于改善流场的分布，提高电池的性能。

技术领域

本实用新型属于液流电池技术领域，尤其涉及一种测量液流电池电解液浓度分布的装置。

背景技术

全钒液流电池的电解液通过液泵从储槽泵入电堆。电池的安时(Ah)容量取决于电解液内活性物质的量，功率取决于电堆输出电压和电流。电堆的输出电压由单体电池的串联数决定，电堆的输出电流由单体电池的面积与电流密度的乘积决定。由于各个单体间电解液的输送是通过输液总管，单体内的电解液输送是通过支路从单体电池的入口到达该单体电池的出口。因此，单体电池内的电解液分布是不均匀，面积越大电解液在单体电池内经过的路径就越长，电解液浓度分布就越不均匀，这将导致电解液的局部浓度过高影响电池的寿命。

为了提高电池性能、安全运行和延长使用寿命，有必要研究电解液在单体电池内的分布情况。到目前为止，对于单体电池内电解液浓度分布的理论研究较多，但是缺乏实验数据。

现有技术CN200910248844一种测量电流分布的质子交换膜燃料电池分式端板结构，现有技术CN201010148360一种测量氧气浓度分布的质子交换膜燃料电池结构是针对燃料电池测量氢离子的浓度分布测定。目前，还没有方案实现对钒电池的浓度分布进行测量的方法。

充电时，3价和4价的钒离子分别转化为2价和5价钒离子。此时，H+透过离子传导膜从正极移动到负极，而自由电子e^-通过外电路从正极移动到负极来保持电中性，放电时相反。

负极反应：

正极反应：

总反应：

根据Nernst方程可以得出开路电压和浓度之间的关系式：

式中E_MC是子电池的开路电压，V；E_e⁰是忽略氢离子浓度对电势变化的影响，考虑氢离子对电极标准电势的影响时的标准电极电势，E_e⁰＝E⁰+2RT/F·lnC_HP；T是温度，K；R＝8.31J·K^-1·mol^-1；F是法拉第常数，C·mol^-1；C_j是j价钒离子浓度，mol·L^-1。为了简化说明，在这里假设正极和负极的总钒离子浓度相等，且在充满电时正极只有5价钒离子，负极只有2价钒离子，此时的2价钒离子浓度为C_max，则式(4)可简化为式(5)。这样就建立了浓度和开路电压之间的关系式。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有装置不能实现单体电池内电解液浓度分布数据的测定。

(2)现有技术不能实现对钒电池的浓度进行测量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种测量液流电池电解液浓度分布的装置。