一种自动恢复碱性液流电池电解液性能的方法及系统

技术领域

本申请涉及液流电池技术领域，具体涉及一种自动恢复碱性液流电池电解液性能的方法及系统。

背景技术

目前全铁基液流电池的正负极均为铁基电解液，其中正极电解液的活性物质相比于负极电极液要充裕些。在充电过程中，正极电解液中的活性物质由还原态向氧化态转移，负极电解液中的活性物质由氧化态向还原态转移；在放电过程中，正极电解液中活性物质由氧化态向还原态转移，负极电解液中的活性物质由还原态向氧化态转移。但是由于在充放电过程中产生了副反应，并且正极电极液中的活性物质比负极电解液充裕，导致负极电解液中的活性物质不能完全转化成氧化态，经过多次充放电后，负极电解液中还原态的活性物质就会积累，进而影响液流电池的性能，主要是导致液流电池的容量衰减。

相关技术中，为解决液流电池容量衰减的问题，需要定期处理，以将负极电解液中积累的还原态活性物质氧化成氧化态，恢复液流电池的性能。目前多采用直接向电解液中加入双氧水或者高锰酸钾溶液，由这些高氧化性的物质将负极电解液中积累的还原态活性物质氧化成氧化态。

但是，液流电池作为储能电站用时多位于偏远地区，无论是定期加入双氧水还是高锰酸钾溶液，都需要在现场储存这些物质，而这些高氧化性物质的存储并不方便，并且电解液中活性物质是决定液流电池性能的核心，向电解液中加入双氧水、高锰酸钾溶液会带入其他杂质，因此会在一定程度上降低电解液中活性物质的浓度，进而降低液流电池的性能。

因此，有必要设计一种新的自动恢复碱性液流电池电解液性能的方法及系统，以克服上述问题。

发明内容

本申请提供一种自动恢复碱性液流电池电解液性能的方法及系统，可以解决相关技术中向液流电池中定期加入双氧水或者高锰酸钾溶液会降低液流电池性能的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种自动恢复碱性液流电池电解液性能的方法，其包括以下步骤：将纯氧通入碱性液流电池的负极电解液中，使纯氧将负极电解液中积累的还原态活性物质氧化成氧化态。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述方法还包括：开启电解水装置，使所述电解水装置电解产生纯氧。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述方法还包括：将所述电解水装置电解产生的氢气输送至燃料电池系统发电。

第二方面，本申请实施例提供了一种自动恢复碱性液流电池电解液性能的系统，其包括：电解水装置，所述电解水装置连接有输氧管路，所述输氧管路用于为碱性液流电池的负极电解液提供纯氧。

结合第二方面，在一种实施方式中，所述输氧管路上设置有氧气储罐，所述氧气储罐与所述电解水装置连通。

结合第二方面，在一种实施方式中，所述输氧管路上还设置有第一阀门，所述第一阀门配置为控制所述输氧管路的通断。

结合第二方面，在一种实施方式中，所述电解水装置还通过输氢管路连接有燃料电池系统，使所述电解水装置为所述燃料电池系统提供氢气。

结合第二方面，在一种实施方式中，所述输氢管路上设置有氢气储罐，所述氢气储罐的一端与所述电解水装置连通，另一端与所述燃料电池系统连通。

结合第二方面，在一种实施方式中，所述输氢管路上还设置有第二阀门，所述第二阀门配置为控制所述输氢管路的通断。

第三方面，本申请实施例提供了一种碱性液流电池系统，其包括：液流电池电堆；正极电解液储罐和负极电解液储罐，所述正极电解液储罐和所述负极电解液储罐均通过循环泵与所述液流电池电堆连通；电解水装置，所述电解水装置通过输氧管路连接至所述负极电解液储罐，使所述电解水装置为所述负极电解液储罐提供纯氧。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过将纯氧通入碱性液流电池的负极电解液中，纯氧可以将强碱性电解液中积累的还原态活性物质氧化成氧化态，且纯氧不会带入其他杂质，解决了相关技术中双氧水、高锰酸钾溶液存储会带来杂质，降低液流电池的性能的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种碱性液流电池系统的结构示意图。

图中：

1、液流电池电堆；2、正极电解液储罐；3、负极电解液储罐；4、循环泵；

5、电解水装置；51、输氧管路；52、第一阀门；53、输氢管路；54、第二阀门；

6、氧气储罐；7、燃料电池系统；8、氢气储罐；9、储水罐；10、水输送泵。

具体实施方式在

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种自动恢复碱性液流电池电解液性能的方法及系统，其能解决相关技术中向液流电池中定期加入双氧水或者高锰酸钾溶液会降低液流电池性能的技术问题。

本申请实施例提供了一种自动恢复碱性液流电池电解液性能的方法，所述方法包括以下步骤：将纯氧通入碱性液流电池的负极电解液中，使纯氧将负极电解液中积累的还原态活性物质氧化成氧化态。本实施例中，碱性液流电池可以为全铁基液流电池，也可以是其他的碱性液流电池，比如锌铁液流电池等。碱性液流电池的电解液长期存放或经历多次充放电循环后活性会下降，也即容量衰减，通过将纯氧通入碱性液流电池的负极电解液中，纯氧可以将强碱性电解液中积累的还原态活性物质氧化成氧化态，且纯氧不会带入其他杂质，不会影响全铁基电解液的PH值，解决了相关技术中双氧水、高锰酸钾溶液存储会带来杂质，降低液流电池的性能的问题。

由于本申请中的液流电池为强碱性的液流电池，比如全铁基液流电池，其正负极均为全铁基电解液，全铁基电解液具有强碱性，若加入具有杂质的氧化性物质会在一定程度上降低电解液中活性物质的浓度，进而降低液流电池的性能。相关技术中影响电解液PH值的因素有很多，申请人最开始向负极电解液中通入空气，在短期内没有发现问题，但是在长期循环后发现性能下降严重，同时产生沉淀颗粒，后来分析沉淀颗粒发现有碳酸盐的痕迹，再通过分析PH值长期变化后发现是二氧化碳为主要影响因素，本申请的申请人通过长期大量的分析研究才发现空气中的二氧化碳会影响电解液的PH值进而影响电解液的性能，最终发现了采用纯氧通入负极的全铁基电解液中不会影响电解液的PH值，且能够将负极电解液储罐3中积累的还原态活性物质氧化成氧化态。通入纯氧虽然理论上不会带入其他杂质，但纯氧一般采用高压气瓶储存，以5MW储能电站的每天一次充放电频次来算，大约1个月就需要补充1个集装格的纯氧，对于百兆瓦级别的储能电站而言，这个办法从成本和可行性上都是不合适的。

在一些实施例中，所述方法还包括：开启电解水装置5，使所述电解水装置5电解产生纯氧。本实施例中，通入负极电解液的纯氧可以来源于电解水装置5，电解水装置5可以将水电解产生纯氧气和氢气，电解水装置5可以根据负极电解液对氧气的用量需求实时运转，电解过程中所需要的原料只有水，水的来源相对广泛，储存和运输也比较方便，基本可以实现纯氧的随用随制。

进一步，在一些可选的实施例中，所述方法还可以包括：将所述电解水装置5电解产生的氢气输送至燃料电池系统发电。本实施例中，充分利用电解水装置5电解水产生的氢气，将氢气输送至燃料电池系统7发电，燃料电池系统7发出的电可供给储能系统中的辅件(比如循环泵4、制冷机等)使用，可提高液流电池的综合利用效率，也可供给储能电站日常运营使用，比如照明、监控等。电解水装置5电解产生的氢气可以先储存起来，待需要再经燃料电池系统7发电以供液流电池中辅件的使用，可提高液流电池的综合利用效率。

参见图1所示，本申请实施例还提供了一种自动恢复碱性液流电池电解液性能的系统，其可以包括：电解水装置5，所述电解水装置5连接有输氧管路51，所述输氧管路51用于为碱性液流电池的负极电解液提供纯氧。

本实施例中通过电解水装置5可以电解产生纯氧，将电解产生的纯氧通过输氧管路51通入负极电解液中，纯氧可以将强碱性全铁基电解液中积累的还原态活性物质氧化成氧化态，因此可以自动恢复碱性液流电池电解液性能，且不会带入其他杂质，不会影响强碱性全铁基电解液的性能，电解水装置5在电解过程中使用的水来源广泛，储存和运输也比较方便，解决了相关技术中双氧水、高锰酸钾溶液存储不方便且会带来杂质，降低液流电池的性能的问题。并且电解水装置5基本可以实现纯氧的随用随制，无需再为电解液的性能恢复而储存和运输高氧化性物质。

参见图1所示，在一些实施例中，所述输氧管路51上设置有氧气储罐6，所述氧气储罐6与所述电解水装置5连通。本实施例中，氧气储罐6的一端通过输氧管路51与电解水装置5连通，氧气储罐6的另一端通过输氧管路51与负极电解液储罐3连通，通过在输氧管路51上设置氧气储罐6，可以在不需要纯氧时先开启电解水装置5，电解产生的纯氧用氧气储罐6先储存起来，在需要纯氧时，再将氧气储罐6中的氧气通入负极电解液储罐3中。

优选的，参见图1所示，所述输氧管路51上还设置有第一阀门52，所述第一阀门52配置为控制所述输氧管路51的通断。也即第一阀门52设置于输氧管路51上的某个位置，打开第一阀门52时，纯氧可以进入到负极电解液储罐3中，关闭第一阀门52时，由于第一阀门52的阻挡，纯氧不能进入到负极电解液储罐3中，本实施例中，通过在输氧管路51上设置第一阀门52，可以随时控制负极电解液储罐3与电解水装置5的通断。当输氧管路51上设置氧气储罐6时，第一阀门52设置于氧气储罐6与负极电解液储罐3之间，如此，当不需要纯氧时，可以通过第一阀门52将氧气储罐6与负极电解液储罐3之间的路阻断，纯氧可以先储存在氧气储罐6中。当输氧管路51上未设置第一阀门52时，氧气储罐6上可以自带开关，来实现氧气储罐6与负极电解液储罐3之间的通断。

参见图1所示，在一些实施例中，所述电解水装置5还可以通过输氢管路53连接有燃料电池系统7，使所述电解水装置5为所述燃料电池系统7提供氢气。也即，本实施例中，电解水装置5产生的氢气可以通过输氢管路53通入燃料电池系统7，并在燃料电池系统7中发生电化学反应产生电，产生的电可以供给储能电站日常运营使用，比如照明、监控等。

在一些可选的实施例中，所述输氢管路53上设置有氢气储罐8，所述氢气储罐8的一端通过输氢管路53与所述电解水装置5连通，另一端通过输氢管路53与所述燃料电池系统7连通。电解水装置5在电解产生纯氧的同时，还会产生氢气，氢气可以直接通入燃料电池系统7发生反应，也可以先在氢气储罐8中储存起来，然后再供给配备的燃料电池系统7发电。

进一步，在一些实施例中，所述输氢管路53上还可以设置有第二阀门54，所述第二阀门54配置为控制所述输氢管路53的通断。也即第二阀门54设置于输氢管路53上的某个位置，打开第二阀门54时，氢气可以进入到燃料电池系统7中，关闭第二阀门54时，由于第二阀门54的阻挡，氢气不能进入到燃料电池系统7中，本实施例中，通过在输氢管路53上设置第二阀门54，可以随时控制燃料电池系统7与电解水装置5的通断。当输氢管路53上设置氢气储罐8时，第二阀门54设置于氢气储罐8与燃料电池系统7之间，如此，当不需要发电时，可以通过第二阀门54将氢气储罐8与燃料电池系统7之间的路阻断，氢气可以先储存在氢气储罐8中。当输氢管路53上未设置第二阀门54时，氢气储罐8上可以自带开关，来实现氢气储罐8与燃料电池系统7之间的通断。

进一步，优选的，所述燃料电池系统7可以电连接至所述循环泵4，使所述燃料电池系统7为所述循环泵4供电。本实施例中，燃料电池系统7发出的电可供给储能系统中的辅件(比如循环泵4、制冷机等)使用，可提高液流电池的综合利用效率，也可供给储能电站日常运营使用，比如照明、监控等。

参见图1所示，优选的，所述电解水装置5与所述液流电池电堆1电连接，使所述液流电池电堆1为所述电解水装置5供电。电解水装置5在电解时所需要的电能可以来源于储能电站本身(也即来源于液流电池电堆1)，也可以来源于电网。

参见图1所示，在一些实施例中，所述自动恢复碱性液流电池电解液性能的系统还可以包括储水罐9，所述储水罐9通过水输送泵10与所述电解水装置5连通。本实施例中储水罐9中存储有水，水的存储和运输比较方便，通过储水罐9和水输送泵10可以为电解水装置5提供原料水。

当然，在其他实施例中也可以不设置储水罐9，直接将水输送泵10通过管道连接至附近的水源也可以为电解水装置5供水。

本申请提供的自动恢复碱性液流电池电解液性能的系统，将液流电池结合电解制氧和燃料电池发电，可解决全铁基液流电池电解液长期存放或经历多次充放电循环后活性下降的问题。

参见图1所示，为本申请实施例提供的一种碱性液流电池系统，其可以包括：液流电池电堆1，液流电池电堆1具有正极和负极；正极电解液储罐2和负极电解液储罐3，所述正极电解液储罐2和所述负极电解液储罐3均通过循环泵4与所述液流电池电堆1连通，所述正极电解液储罐2和所述负极电解液储罐3中均储存有全铁基电解液，电解液中存储有活性物质，其中，正极电解液储罐2通过正极循环管路连接至液流电池电堆1的正极，负极电解液储罐3通过负极循环管路连接至液流电池电堆1的负极，正极循环管路上设置有循环泵4，用于将全铁基的正极电解液泵入正极，负极循环管路上也设置有循环泵4，用于将全铁基的负极电解液泵入负极；电解水装置5，所述电解水装置5通过输氧管路51连接至所述负极电解液储罐3，使所述电解水装置5为所述负极电解液储罐3提供纯氧。

其中，电解水装置5也即可以将水电解产生纯氧气和氢气，电解水装置5可以根据负极电解液储罐3对氧气的用量需求实时运转，电解过程中所需要的原料只有水，水的来源相对广泛，储存和运输也比较方便，基本可以实现纯氧的随用随制。

本实施例中通过电解水装置5可以电解产生纯氧，将电解产生的纯氧通过输氧管路51通入负极电解液储罐3中，纯氧可以将强碱性全铁基电解液中积累的还原态活性物质氧化成氧化态，因此可以自动恢复碱性液流电池电解液性能，且不会带入其他杂质，不会影响强碱性全铁基电解液的性能，电解水装置5在电解过程中使用的水来源广泛，储存和运输也比较方便，可以实现纯氧的随用随制，解决了相关技术中双氧水、高锰酸钾溶液存储不方便且会带来杂质，降低液流电池的性能的问题。并且电解水装置5基本可以实现纯氧的随用随制，无需再为电解液的性能恢复而储存和运输高氧化性物质。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。