[发明专利]一种钒电池系统电解液联动调节方法及系统

说明书

本发明涉及全钒液流电池技术领域，公开了一种钒电池系统电解液联动调节方法及系统，包括以下步骤：S1.根据方程联立法在线检测计算所需参数、计算正极电解液和负极电解液中各个价态钒浓度，并对正极电解液和负极电解液的钒浓度进行监控；S2.当监控到正极电解液或负极电解液的钒浓度偏离正常值时，将正极电解液、负极电解液均匀混合并对混合液进行价态调节，完成价态调节后将混合液分配至钒电池系统的正负极。本发明实现了钒电池电解液实时监测和价态调节的联动，减少了钒电池系统待机时间；整个过程可通过控制系统及程序自动化实现，无需人工操作，可快速完成钒电解液的再平衡处理，具有操作简单、效率高、环境友好等优点。

技术领域

本发明涉及全钒液流电池领域技术领域，更具体地，涉及一种钒电池系统电解液联动调节方法及系统。

背景技术

全钒液流电池是一种新型电化学储能电池，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。全钒液流电池正极是由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、安全性能高和环境友好等优点，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的蓄电储能设备、电网的调峰填谷、不间断电源和应急电源系统等领域。

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将出现正负极电解液钒离子总量不匹配、正负极混合价态偏离(理想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，以及各种副反应，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。根据上述情况，通常是将电解液取出对其状态进行检测，然后根据检测结果对电解液进行再平衡处理，即钒电池系统电解液状态监测与再平衡调节分开进行。

对于钒电池系统电解液状态实时监测目前公开的有方程联立法，中国专利CN109473703A公开的一种实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法和系统，通过分别在钒电池正极、负极安装SOC检测装置，通过对电位的采样，联立电解液体积和总钒含量，计算得到正极、负极不同价态钒的含量。该专利虽然能对正、负极电解液各种价态钒浓度进行时时监控，但是其存在着一定的缺点：负极电解液钒迁移较快，负极侧SOC检测装置极易失效，造成电位测试不准确，计算得到的钒含量与实际值差距较大。CN201510724523通过电解液折射率、标准能斯特方程及总钒守恒、正电荷守恒等方程联立解出各种离子浓度，但使用能斯特方程并不能准确的计算各种离子的浓度，方程内变量均为各种离子的活度。

对于钒电池系统再平衡调节中对于钒价态调节目前主要采用化学还原法和电解法，中国专利CN 109301300A公开的调节钒电池电解液钒价态的方法，直接使用五氧化二钒、二氯氧钒、三氧化二钒、三氯化钒、二氯化钒中的一种或几种，利用氧化还原反应达到调节电解液价态的目的。该专利使用的钒化合物溶解性很差，反应时间长，并且易形成结晶造成钒电池堵塞；随着化合物的加入，势必造成钒电池系统电解液总钒数量增加，加入支持电解质稀释后，电解液体积会不断增加。中国专利CN 103762377A公开的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。中国专利CN 109713350A公开了一种液流电池系统和电解液再平衡的方法，通过直接安装在钒电池系统内的槽式静态电解还原装置对电解液进行电解还原处理，再全混并均分至正、负极储罐内，完成电解液的再平衡处理。该方法在钒电池系统之外增加了电解还原装置，增加了系统成本，而且电解还原的速度较慢，不利于大规模钒电池储能电站的技术推广。

综上所述，现有技术中钒电池系统电解液状态监测与再平衡调节不能进行联动，导致工序繁琐、效率低下。