一种氧化还原液流电池的制作方法

本发明属于电池领域，具体涉及一种氧化还原液流电池。

背景技术：

普通蓄电池的活性物质被包容在固态电极之内，氧化还原液流电池（如，全钒液流电池）的正、负极活性物质主要存在于电解液中，其含有正、负极活性物的电解液分别装在两个储液罐中。以全钒液流电池为例，钒离子溶液为正、负极活性物质，正极是V(IV)/V(V)电对，负极则是V(Ⅲ) /V(Ⅱ)电对，其采用的溶剂为稀硫酸，正极电解液是V(Ⅴ)和V(Ⅳ)的硫酸溶液，负极电解液是V(Ⅲ)和V(Ⅱ)硫酸溶液。理想情况下，电池充满电后，正极溶液全部为(Ⅴ)硫酸离子溶液，负极溶液全部为V(Ⅱ)硫酸溶液，开路电位越为1.6V。全钒液流电池工作时，通过送液泵循环流过全钒液流电池，全钒液流电池内的正、负极电解液由离子交换膜隔开。

目前氧化还原液流电池结构主要是水平结构或上下结构。美国专利US20080241643公开的多个储液罐的全钒液流电池，是将储液罐分成多个模块化，增加电解液体积，可以有效电解液第一体积，同时维持电解液第二体积，允许小批量操作电解液，储液罐与电堆属于水平结构设计。日本专利JP2006147376公开的一种液流电池，电堆和储液罐为上下结构，通过控制器计算正极电解液与负极电解液之间压力差，进而控制每个循环泵的转速，使正极电解液和负极电解液之间的压力差在规定范围内。中国专利201010108417.1公开的一种氧化还原液流电池系统，电堆和储液罐为水平结构，一种可以减小氧化还原液流电池漏电电流、改善电池充放电性能的新型电池系统，正、负极储液罐分别用隔板完全隔离成上下两部分。但是上述结构存在以下问题：1）氧化还原液流电池采用水平结构时，当电池不运行时，电堆长期浸泡在电解液中，容易产生腐蚀、自放电等问题；2）氧化还原液流电池采用上下结构时，需要将电解液从势能低的储液罐中输送到势能高的电堆中，造成泵损耗增大，系统效率降低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种氧化还原液流电池，该氧化还原液流电池解决了水平结构中电堆长期浸泡在电解液中带来的腐蚀、自放电等问题，延长了氧化还原液流电池的使用寿命，方便维修。

本发明所采用的技术方案是：

一种氧化还原液流电池，包括电池电堆、正极储液罐、正极辅助罐、负极储液罐和负极辅助罐，正极储液罐的顶部和负极储液罐的顶部分别通过带阀门的主进液管道与电池电堆的顶部连通，正极储液罐的底部和负极储液罐的底部分别通过带阀门和抽液泵的主出液管道与电池电堆的底部连通，正极辅助罐和负极辅助罐的最高液位均低于电池电堆的最低界面，正极辅助罐和负极辅助罐分别通过带阀门的辅进液管道与电池电堆连通，正极辅助罐和负极辅助罐分别通过带阀门和抽液泵的辅出液管道与电池电堆连通。

进一步地，与正极储液罐连接的主出液管道和与正极辅助罐连接的辅出液管道共用一个抽液泵，所述抽液泵为正极抽液泵，其中，正极抽液泵的出口与电池电堆的连接管道为共用管道；与负极储液罐连接的主出液管道和与负极辅助罐连接的辅出液管道共用一个抽液泵，所述抽液泵为负极抽液泵，其中，负极抽液泵的出口与电池电堆的连接管道为共用管道。

进一步地，正极储液罐和负极储液罐的最高液位均高于电池电堆的最高界面。

本发明的有益效果是：

1.本发明增设正极辅助罐和负极辅助罐以及相应的旁路管道，在氧化还原液流电池停运时，关闭主路管道阀门、打开旁路管道阀门，在势能作用下，电池电堆中的电解液流到辅助罐中，在氧化还原液流电池运行时，再将辅助罐中的液体用抽液泵抽到电池电堆中，然后打开主路管道阀门、关闭旁路管道阀门，进行正常发电，该氧化还原液流电池解决了水平结构中电堆长期浸泡在电解液中带来的腐蚀、自放电等问题，延长了氧化还原液流电池的使用寿命；当电池电堆需要维护时，可以将电解液存放在辅助罐中，不用单独设置专门存放的罐体，方便维修。

2.由于氧化还原液流电池停运时的操作和氧化还原液流电池运行时的操作不是同步进行，所以共用抽液泵不会影响相应操作，并且节约了成本。

3. 氧化还原液流电池运行时，电解液在势能差和抽液泵的双重作用下从储液罐流向电池电堆，减小了抽液泵的损耗。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中：1-电池电堆；2-正极储液罐；3-负极储液罐；4-正极抽液泵；5-负极抽液泵；6-与正极储液罐连接的主进液管道上的阀门；7-与负极储液罐连接的主进液管道上的阀门；8-与正极储液罐连接的主出液管道上的阀门；9-与正极储液罐连接的主出液管道上的阀门；10-与正极辅助罐连接的辅出液管道上的阀门；11-与正极辅助罐连接的辅进液管道上的阀门；12-与负极辅助罐连接的辅进液管道上的阀门；13-与负极辅助罐连接的辅出液管道上的阀门；14-正极辅助罐；15-负极辅助罐。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种氧化还原液流电池，包括电池电堆1、正极储液罐2、正极辅助罐14、负极储液罐3和负极辅助罐15，正极储液罐2的顶部和负极储液罐3的顶部分别通过带阀门（分别为6和7）的主进液管道与电池电堆1的顶部连通，正极储液罐2的底部和负极储液罐3的底部分别通过带阀门（分别为8和9）和抽液泵（分别为4和5）的主出液管道与电池电堆1的底部连通，正极辅助罐14和负极辅助罐15的最高液位均低于电池电堆1的最低界面，正极辅助罐14和负极辅助罐15分别通过带阀门（分别为11和12）的辅进液管道与电池电堆1连通，正极辅助罐14和负极辅助罐15分别通过带阀门（分别为10和13）和抽液泵（分别为4和5）的辅出液管道与电池电堆1连通。

本发明增设正极辅助罐14和负极辅助罐15以及相应的旁路管道，在氧化还原液流电池停运时，关闭主路管道阀门、打开旁路管道阀门，在势能作用下，电池电堆1中的电解液流到辅助罐（14和15）中，在氧化还原液流电池运行时，再将辅助罐（14和15）中的液体用抽液泵（4和5）抽到电池电堆1中，然后打开主路管道阀门、关闭旁路管道阀门，进行正常发电，该氧化还原液流电池解决了水平结构中电堆长期浸泡在电解液中带来的腐蚀、自放电等问题，延长了氧化还原液流电池的使用寿命；当电池电堆1需要维护时，可以将电解液存放在辅助罐（14和15）中，不用单独设置专门存放的罐体，方便维修。

如图1所示，在本实施例中，与正极储液罐2连接的主出液管道和与正极辅助罐14连接的辅出液管道共用一个抽液泵4（即，正极抽液泵4），其中，正极抽液泵4的出口与电池电堆1的连接管道为共用管道；与负极储液罐3连接的主出液管道和与负极辅助罐15连接的辅出液管道共用一个抽液泵5（即，负极抽液泵5），其中，负极抽液泵5的出口与电池电堆1的连接管道为共用管道。由于氧化还原液流电池停运时的操作和氧化还原液流电池运行时的操作不是同步进行，所以共用抽液泵（4和5）不会影响相应操作，并且节约了成本。

在本实施例中，正极储液罐2和负极储液罐3的最高液位均高于电池电堆1的最高界面。氧化还原液流电池运行时，电解液在势能差和抽液泵（4和5）的双重作用下从储液罐（2和3）流向电池电堆1，减小了抽液泵（4和5）的损耗。

在本实施例中，正极储液罐2、正极辅助罐14、负极储液罐3和负极辅助罐15的容积根据电池电堆1的规格和数量确定，一般范围为1L~1000L。在本实施例中，正极抽液泵4和负极抽液泵5均为变频泵。

本发明实施例的工作流程是：

氧化还原液流电池停运时，关闭主路管道阀门（6、7、8和9）和部分旁路阀门（10和13），打开部分旁路管道阀（11和12），在势能作用下，电池电堆1中的正极电解液流到正极辅助罐14中，电池电堆1中的负极电解液流到负极辅助罐15中，当氧化还原液流电池需要运行时，关闭部分旁路管道阀（11和12），打开部分旁路阀门（10和13）、正极抽液泵4和负极抽液泵5，正极抽液泵4将正极电解液抽入电池电堆1，负极抽液泵5将负极电解液抽入电池电堆1，电池电堆1内的电解液收集完毕后，关闭旁路阀门（10、11、12和13），打开主路管道阀门（6、7、8和9），此时，氧化还原液流电池开始运行，正极电解液在势能差以及正极抽液泵4的作用下从正极储液罐2的底部流向电池电堆1，电池电堆1中的正极电解液在挤压推动作用下从顶部流向正极储液罐2，如此形成循环，同时，负极电解液在势能差以及负极抽液泵5的作用下从负极储液罐3的底部流向电池电堆1，电池电堆1中的负极电解液在挤压推动作用下从顶部流向负极储液罐3，如此形成循环。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。