用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求于2013年12月24日提交的、名称为"METHODANDAPPARATUSFOR CONTROLLINGOPERATIONOFREDOXFLOWBATTERY" 的韩国专利申请No. 10-2013-0162275 的权益，借此通过引用方式将其全部内容并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备。
【背景技术】
[0004] 氧化还原液流电池指的是通过电解质中包含的离子的氧化反应/还原反应来对 电力进行充电或者放电的电化学电力存储设备。在这种氧化还原液流电池中，由不同种类 的活性材料组成的阳极液和阴极液由分离器彼此分离。
[0005] 离子跨渡（crossover)通过分离器发生并且通过分离器交换的离子的数量根据 活性材料的种类即离子的氧化反应数量而变化，使得阴极液和阳极液中的一种溶液的数量 增加。这种不平衡的跨渡破坏了阴极液和阳极液之间的电容性平衡，并且减少了电解质溶 液的使用率，由此导致电池的容量方面的减少。
[0006] 为了解决氧化还原液流电池的容量减少的问题，用于混合阳极液和阴极液的方法 或者用于将电解质溶液中的一种从一个存储槽迀移到包含另一种电解质溶液的另一种存 储槽的方法用在现有技术中。然而，电解质溶液的混合或者迀移在解决容量减少的问题方 面需要分离的能量源和相当长的时间。而且，用于在特定条件下混合电解质溶液的方法具 有电池中充电的能量的消耗的缺点。
【发明内容】
[0007] 本发明的方面提供了用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设置，该方法和 设备能够阻止氧化还原液流电池的容量中的减少。
[0008] 此外，本发明的方法提供了用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设置，该 方法和设备能够在没有额外处理例如电解质溶液的混合或者迀移以及由此导致的额外成 本负担的情况下阻止氧化还原液流电池的容量的减少。
[0009] 进一步地，本发明的方面提供了用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设 备，该方法和设备可以在没有停止电池的操作去检修的情况下长期保护氧化还原液流电池 的连续且稳定的操作。
[0010] 本发明不限于这些方面，并且上面没有提及的本发明的其它方面和优势将通过下 面的描述来理解，并且从本发明的示例性实施例中更清楚理解。此外，容易明白，这些方面 和优势由权利要求中给出的特征及其组合来实现。
[0011] 根据本发明的一个方面，用于控制氧化还原液流电池的操作的方法包括：获得阳 极液离子关于分离器的扩散率；获得阴极液离子关于所述分离器的扩散率；基于所述阳极 液离子的扩散率和所述阴极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化还原液流电池的电荷 状态值的电解质扩散率；基于所述电解质扩散率来确定所述氧化还原液流电池的最小电荷 状态值和最大电荷状态值；并且基于所述最小电荷状态值和最大电荷状态值来设置所述氧 化还原液流电池的工作条件。
[0012] 根据本发明的另一个方面，用于控制氧化还原液流电池的操作的设备包括：扩散 率确定单元，其获得阳极液离子关于分离器的扩散率和阴极液离子关于所述分离器的扩散 率，并且基于所述阳极液离子的扩散率和所述阴极液离子的扩散率来确定取决于所述氧化 还原液流电池的电荷状态值的电解质扩散率；第一工作条件设置单元，其基于所述电解质 扩散率来设置所述氧化还原液流电池的最小电荷状态值和最大电荷状态值；以及第二工作 条件设置单元，其基于所述最小电荷状态值和最大电荷状态值来设置所述氧化还原液流电 池的工作条件。
[0013] 如上所述，根据本发明，存在阻止氧化还原液流电池的容量的减少的优势。
[0014] 此外，根据本发明，存在在没有额外处理例如电解质溶液的混合或者迀移以及由 此导致的额外成本负担的情况下阻止氧化还原液流电池的容量的减少的优势。
[0015] 进一步地，根据本发明，存在在没有停止电池的操作以用于检修的情况下长期保 护氧化还原液流电池的连续且稳定的操作的优势。
【附图说明】
[0016] 本发明的上述方面、特征和优势以及其它方面、特征和优势将通过结合附图从下 面实施例的详细描述中变得显而易见，其中：
[0017] 图1是由根据本发明的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法和设备控制的 氧化还原液流电池的示意图；
[0018] 图2示出了取决于氧化还原液流电池的电荷状态值的阳极液和阴极液的组合的 变型；
[0019] 图3是根据本发明的一个实施例的用于控制氧化还原液流电池的操作的设备的 框图；
[0020] 图4描绘本发明的示例1中的关于分离器A的电解质扩散率的曲线图；
[0021] 图5示出了本发明的示例1中的用于设置工作条件的分离器A的OCV曲线图；
[0022] 图6将描绘本发明的示例1中设置的工作条件下的氧化还原液流电池的容量变化 与现有技术中的典型条件下的容量变化进行比较的曲线图；
[0023] 图7描绘本发明的示例2中的关于分离器B的电解质扩散率的曲线图；
[0024] 图8示出了本发明的示例2中的用于设置工作条件的分离器B的OCV曲线图；
[0025] 图9将描绘本发明的示例2中设置的工作条件下的氧化还原液流电池的容量变化 与现有技术中的典型条件下的容量变化进行比较的曲线图；
[0026] 图10是描绘本发明的示例3中的关于NAFION 115的电解质扩散率的曲线图；
[0027] 图11是将描绘本发明的示例3中设置的工作条件下的氧化还原液流电池的容量 变化与现有技术中的典型条件下的容量变化进行比较的曲线图；并且
[0028] 图12是根据本发明的一个实施例的用于控制氧化还原液流电池的操作的方法的 流程图。
【具体实施方式】
[0029] 在下文中，现在将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。应当理解的是，本 发明不限于下面的实施例并且可以以不同方式来体现，并且给出这些实施例，以提供本发 明的完整公开，且提供本领域技术人员对本发明的透彻理解。在本文中，为了清楚起见，将 省略对本领域技术人员而言显而易见的组件和功能的详细描述。在整个说明书和附图中将 由相同参考符号来表示相同组件。
[0030] 图1是由根据本发明的方法控制的氧化还原液流电池的示意图。
[0031] 参照图1，阳极液（阳极电解质溶液）存储在阳极液存储槽110中，并且阴极液（阴 极电解质溶液）存储在阳极液存储槽112中。
[0032] 阴极液可以包括n价离子和（n+1)价离子作为阴极液离子，并且阳极液可以包括 m价离子和（m+1)价离子作为阳极液离子。此时，n和m为整数并且n、n+l、m以及m+1彼 此不同。例如，阴极液可以包括二价钒离子（V2+)或者三价钒离子（V3+)作为阴极液离子，并 且阳极液可以包括四价钒离子（V4+)或者五价钒离子（V5+)作为阳极液离子。虽然参照其中 氧化还原液流电池包含钒离子（V5+，V4+，V2+，V3+)如图1所示的实施例来描述本发明，但是应 当理解的是，本发明也可以应用于包括阳极液和阴极液中的相同种类元素而不是钒离子的 氧化还原液流电池。
[0033] 阳极液存储槽110中的存储的阳极液和阴极液存储槽112中存储的阴极液分别通 过泵114, 116引入到电芯102的阳极电芯102A和阴极电芯102B。在阳极电芯102A中，通 过电源/负载118的操作发生了电子迀移通过电极106,使得由V5+eV4气表示的氧化反应 /还原反应发生。同理，在阴极电芯102B中，通过电源/负载118的操作发生了电子迀移通 过电极108,使得由v2+〇v3+表示的氧化反应/还原反应发生。在氧化反应/还原反应之 后，将阳极液和阴极液分别循环到阳极存储槽110和阴极存储槽112。
[0034] 另一方面，阳极电芯102A和阴极电芯102B由允许离子通过其的分离器104彼此 分离。使用这种结构，离子的迀移即跨渡可以发生在阳极电芯102A和阴极电芯102B之间。 SP，在对氧化还原液流电池进行充电/放电的过程中，阳极电芯102A中的阳极液离子（V5+， V4+)可以迀移到阴极电芯102B中，并且阴极电芯102B中的阴极液离子（V2+，V3+)可以迀移 到阳极电芯102A中。
[0035] 图2示出了取决于氧化还原液流电池的电荷状态值的阳极液和阴极液的组合的 变型。
[0036] 在图2中，（_)表示阴极电芯，并且（+)表示阳极电芯。理论上，如图2所示，在电 荷状态（SOC)值为0下，V3+离子202基本上单独存在于阴极电芯中，并且V4+离子204基本 上单独存在于阳极电芯中。然而，当开始充电并且SOC值达到50 %时，V3+离子202和V2+ 离子206中的每一个在阴极电芯中存在大约50%的量，并且V4+离子204和V5+离子208中 的每一个在阳极电芯中存在大约50%的量。然后，当完成充电时（即当SOC值达到100% 时），V2+离