一种用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法及系统，其包括：获取采样数据，即通过SOC检测装置对不同浓度的正负极电解液相对于参比溶液的电位参数进行采样，同时对正极电解液总体积、负极电解液总体积进行采集；通过采样数据拟合出正/负极电解液电位经验公式；建立电解液浓度监测数据库，所述数据库包括正/负极电解液电位经验公式、钒总物质量守恒公式以及可选公式/不等式中的至少一个公式或者不等式确定待测正/负极电解液中各个价态钒离子浓度。本发明专利技术能够实时监测全钒液流电池系统中正/负极钒离子浓度，为制定系统控制策略提供准确及时的数据支持。

A Method and System for Real-time Monitoring of Electrolyte Concentration of All-Vanadium Flow Batteries

The invention discloses a method and system for real-time monitoring the concentration of electrolyte of all-vanadium liquid flow battery, which includes acquiring sampling data, sampling potential parameters of reference solution for positive and negative electrolyte of different concentration through SOC detection device, collecting total volume of positive and negative electrolyte, and fitting positive/negative electrolyte volume by sampling data. Empirical formula of electrolyte potential; Establishment of electrolyte concentration monitoring database, which includes empirical formula of positive/negative electrolyte potential, conservation formula of total vanadium mass and at least one formula or inequality of optional formula/inequality to determine the concentration of various valent vanadium ions in positive/negative electrolyte to be measured. The invention can monitor the vanadium ion concentration of positive and negative electrodes in a full vanadium liquid flow battery system in real time, and provide accurate and timely data support for formulating system control strategy.

【技术实现步骤摘要】
一种用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法及系统
本专利技术涉及液流电池技术，具体地说是一种用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法及系统。
技术介绍
现有技术中的液流电池电解液浓度的在线监测方法存在如下问题：1.采用电位滴定法或分光光度法分析电解液的组成及状态虽然可获得较为准确的结果，但其最大的问题是无法在现场时时监测电解液的状态，需要将溶液取出后再进行测量，也就是说上述方法均为离线采样分析，无法或难以实现在线分析；2.方程联立方法，如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；综上可知，现有的液流电池电解液浓度状态的在线监测方法均一定的弊端，不能满足实时监测液流电池电解液状态的使用需求。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的弊端，本专利技术一方面提供了用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法，以有效解决
技术介绍
中所提及的技术问题。一种用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取采样数据，即通过SOC检测装置对不同浓度的正负极电解液相对于参比溶液的电位参数进行采样，同时对正极电解液总体积、负极电解液总体积进行采集；所述SOC检测装置包括端板、第一双极板、正/负极电解液检测腔、离子交换膜、分别与所述正/负极电解液检测腔相连通的正极电解液进出口管路与负极电解液进出口管路，多个开设有第一通孔的绝缘板、参比检测腔以及置于所述参比检测腔作为电位测试电极的第二双极板，其中，所述绝缘板被分别设置于所述离子交换膜两侧以间隔参比检测腔与正/负极电解液检测腔；所述参比检测腔内充有参比溶液；S2、通过采样数据拟合出正/负极电解液电位经验公式；其中，所述正极电解液电位经验公式为所述负极电解液电位经验公式为式中，E正、E负分别为正、负极电解液电位，单位mV；分别为2价、3价、4价、5价钒离子浓度；A正为正极电位经验公式常数项；B正为正极电位经验公式4价钒离子系数；C正为正极电位经验公式5价钒离子系数；A负为负极电位经验公式常数项；B负为负极电位经验公式2价钒离子系数；C负为负极电位经验公式3价钒离子系数；S3、建立电解液浓度监测数据库并确定待测正/负极电解液中各个价态钒离子浓度，所述电解液浓度监测数据库包括正/负极电解液电位经验公式、钒总物质量守恒公式以及可选公式/不等式中的至少一个公式或者不等式以确定待测正/负极电解液中各个价态钒离子浓度，所述可选公式/不等式包括系统平均价态公式、正极钒总量守恒公式、负极钒总量守恒公式、正极钒浓度区间不等式以及负极钒浓度区间不等式；其中，所述钒总物质量守恒公式为式中V正、V负分别为正、负极电解液体积，N总为电池系统内各价态钒离子的总物质的量，单位为mol；所述系统平均价态公式式中，M为系统各价态钒离子的平均价态；所述正极钒总量守恒公式式中，N正为正极侧钒离子总物质的量，单位mol；所述负极钒总量守恒公式；式中，N负为负极侧钒离子总物质的量，单位mol；所述正极钒浓度区间不等式式中，c初始总为初始加入系统内的电解液浓度值；所述负极钒浓度区间不等式式中，c初始总为初始加入系统内的电解液浓度值。进一步的，在进行数据采样时，在全钒液流储能电池系统正负极电解液组成变化范围内，以不同价态钒离子浓度变化间隔不大于0.2mol/L，正负极电解液总钒浓度取样点不少于3个，氢离子浓度取样点不少于3个为采样条件进行采样。进一步的，所述SOC检测装置的检测腔由参比检测腔以及正极电解液检测腔、负极电解液检测腔中的至少一种电解液检测腔组成。进一步的，所述参比检测腔开有供参比溶液流通更新的第二通孔。进一步的，所述参比溶液为具有钒离子的电解液。进一步的，所述电解液中钒离子的价态范围为3.5价的价态或者4价与5价的混合价态中的一种。进一步的，所述第二双极板置于参比检测腔内部分开有空腔，所述空腔的开孔面积与参比检测腔腔体内电极总面积的比例范围为0～1。进一步的，所述第二双极板的材质为碳材料、金属材料、导电聚合物中的任意一种。进一步的，所述第一通孔的孔径内填充有高比表面积材料或亲水性材料。进一步的，所述第一通孔为直通孔或者沿所述绝缘板厚度方向延伸弯折的弯折孔。进一步的，所述绝缘板的材质为PP绝缘材料、PE绝缘材料、PVC绝缘材料、PVDF绝缘材料、PTFE绝缘材料中的任意一种。本专利技术另一方面提供了一种能够实时监测全钒液流电池电解液浓度的液流电池系统，其特征在于，包括：数据采样单元，用于通过SOC检测装置对不同浓度的正负极电解液相对于参比溶液的电位参数进行采样，同时对正极电解液总体积、负极电解液总体积进行采集；所述SOC检测装置包括端板、第一双极板、正/负极电解液检测腔、离子交换膜、分别与所述正/负极电解液检测腔相连通的正极电解液进出口管路与负极电解液进出口管路，多个开设有第一通孔的绝缘板、参比检测腔以及置于所述参比检测腔作为电位测试电极的第二双极板，其中，所述绝缘板被分别设置于所述离子交换膜两侧以间隔参比检测腔与正/负极电解液检测腔；所述参比检测腔内充有参比溶液；采样数据拟合单元，用于通过数据采样单元所获取的采样数据拟合出正/负极电解液电位经验公式；其中，所述正极电解液电位经验公式为所述负极电解液电位经验公式为式中，E正、E负分别为正负极电解液电位，单位mV；分别为2价、3价、4价、5价钒离子浓度；A正为正极电位经验公式常数项；B正为正极电位经验公式4价钒离子系数；C正为正极电位经验公式5价钒离子系数；A负为负极电位经验公式常数项；B负为负极电位经验公式2价钒离子系数；C负为负极电位经验公式3价钒离子系数；浓度监测单元，用于基于所建立的电解液浓度监测数据库确定待测正/负极电解液中各个价态钒离子浓度，所述电解液浓度监测数据库包括正/负极电解液电位经验公式、钒总物质量守恒公式以及可选公式/不等式中的至少一个公式或者不等式以确定待测正/负极电解液中各个价态钒离子浓度，所述可选公式/不等式包括系统平均价态公式、正极钒总量守恒公式、负极钒总量守恒公式、正极钒浓度区间不等式以及负极钒浓度区间不等式；其中，所述钒总物质量守恒公式为式中V正、V负分别为正、负极电解液体积，N总为电池系统内各价态钒离子的总物质的量，单位为mol；所述系统平均价态公式式中，M为系统各价态钒离子的平均价态；所述正极钒总量守恒公式式中，N正为正极侧钒离子总物质的量，单位mol；所述负极钒总量守恒公式；式中，N负为负极侧钒离子总物质的量，单位mol；所述正极钒浓度区间不等式式中，c初始总为初始加入系统内的电解液浓度值；所述负极钒浓度区间不等式式中，c初始总为初始加入系统内的电解液浓度值。进一步的，在进行数据采样时，在全钒液流储能电池系统正负极电解液组成变化范围内，以不同价态钒离子浓度变化间隔不大于0.2mol/L，正负极电解液总钒浓度取样点不少于3个，氢离子浓度取样点不少于3个为采样条件进行采样。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术仅需采集系统正负极电解液体积及正负极电解液相对参比液的电位差四个参数即可计算出正负极电解液的钒离子组成，能够实时监测全钒液流电池系统中正负极钒离子浓度，为制定系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取采样数据，即通过SOC检测装置对不同浓度的正负极电解液相对于参比溶液的电位参数进行采样，同时对正极电解液总体积、负极电解液总体积进行采集；所述SOC检测装置包括端板、第一双极板、正/负极电解液检测腔、离子交换膜、分别与所述正/负极电解液检测腔相连通的正极电解液进出口管路与负极电解液进出口管路，多个开设有第一通孔的绝缘板、参比检测腔以及置于所述参比检测腔作为电位测试电极的第二双极板，其中，所述绝缘板被分别设置于所述离子交换膜两侧以间隔参比检测腔与正/负极电解液检测腔；所述参比检测腔内充有参比溶液；S2、通过采样数据拟合出正/负极电解液电位经验公式；其中，所述正极电解液电位经验公式为

【技术特征摘要】
2017.09.28 CN 20171089321731.一种用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取采样数据，即通过SOC检测装置对不同浓度的正负极电解液相对于参比溶液的电位参数进行采样，同时对正极电解液总体积、负极电解液总体积进行采集；所述SOC检测装置包括端板、第一双极板、正/负极电解液检测腔、离子交换膜、分别与所述正/负极电解液检测腔相连通的正极电解液进出口管路与负极电解液进出口管路，多个开设有第一通孔的绝缘板、参比检测腔以及置于所述参比检测腔作为电位测试电极的第二双极板，其中，所述绝缘板被分别设置于所述离子交换膜两侧以间隔参比检测腔与正/负极电解液检测腔；所述参比检测腔内充有参比溶液；S2、通过采样数据拟合出正/负极电解液电位经验公式；其中，所述正极电解液电位经验公式为所述负极电解液电位经验公式为其中，E正、E负分别为正极、负极电解液电位，单位mV；分别为2价、3价、4价、5价钒离子浓度；A正为正极电位经验公式常数项；B正为正极电位经验公式4价钒离子系数；C正为正极电位经验公式5价钒离子系数；A负为负极电位经验公式常数项；B负为负极电位经验公式2价钒离子系数；C负为负极电位经验公式3价钒离子系数；S3、建立电解液浓度监测数据库并确定待测正/负极电解液中各个价态钒离子浓度，所述电解液浓度监测数据库包括正/负极电解液电位经验公式、钒总物质量守恒公式以及可选公式/不等式中的至少一个公式或者不等式，所述可选公式/不等式包括系统平均价态公式、正极钒总量守恒公式、负极钒总量守恒公式、正极钒浓度区间不等式以及负极钒浓度区间不等式。2.根据权利要求1所述的用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法，其特征在于：所述钒总物质量守恒公式为式中V正、V负分别为正负极电解液体积，N总为电池系统内各价态钒离子的总物质的量，单位为mol；所述系统平均价态公式式中，M为系统各价态钒离子的平均价态；所述正极钒总量守恒公式式中，N正为正极侧钒离子总物质的量，单位mol；所述负极钒总量守恒公式；式中，N负为负极侧钒离子总物质的量，单位mol；所述正极钒浓度区间不等式式中，c初始总为初始加入系统内的电解液浓度值；所述负极钒浓度区间不等式式中，c初始总为初始加入系统内的电解液浓度值。3.根据权利要求1或者2所述的用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法，其特征在于：在进行数据采样时，在全钒液流储能电池系统正负极电解液组成变化范围内，以不同价态钒离子浓度变化间隔不大于0.2mol/L，正负极电解液总钒浓度取样点不少于3个，氢离子浓度取样点不少于3个为采样条件进行采样。4.根据权利要求1所述的用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法，其特征在于：所述SOC检测装置的检测腔由参比检测腔以及正极电解液检测腔、负极电解液检测腔中的至少一种电解液检测腔组成。5.根据权利要求1所述的用于实时监测全钒液流电池电解液浓度的方法，其特征在于：所述参比检测腔开有供参比溶液流通更新的第二通孔；所述参比溶液为具有钒离子的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵叶龙，董艳影，于彩红，孙恺，邹毅，宋玉波，刘宗浩，王良，梁加富，高新亮，王丹，
申请(专利权)人：大连融科储能技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21