一种均匀传质液流电池及其工作方法技术

技术编号:21403490 阅读:25 留言:0更新日期:2019-06-19 08:17
本发明专利技术公开一种均匀传质液流电池及其工作方法,液流电池中正极电解液排出支路和正极电解液供给支路为多条互相交错不连通且呈阵列排布的管路;多条正极电解液排出支路等间距分布其进口呈阵列式分布均匀布置在正极集流板侧面;同时多条正极电解液供给支路等间距分布其出口呈阵列式分布均匀布置在正极集流板侧面;设置阵列分布纵向流入流场,保证电解液能够均匀的进入电极表面,提高电解液反应程度,进一步提升电池效率;同时采用与流入流场想结合的阵列分布纵向流出流场,保证电解液在反应完成后能够以最短的流程流出电极,降低了电池所耗泵功。

【技术实现步骤摘要】
一种均匀传质液流电池及其工作方法
本专利技术涉及液流电池技术,具体涉及一种均匀传质液流电池及其工作方法。
技术介绍
随着环境污染、化石能源紧缺等问题的日益严重,人们对风能、太阳能等可再生能源的开发和利用越来越广泛,但这些可再生能源所具有的间歇性、波动性为可再生能源的直接并网带来了巨大的挑战。大规模储能技术是解决可再生能源发电间歇性问题的重要手段,同时也是解决电力系统供需矛盾、保证电网稳定运行、发展智能电网的关键技术。现有储能技术由于特殊地质地理要求、低能量密度、高成本、低循环寿命等技术显示,难以得到广泛应用。比如锂离子电池成本较高、循环寿命有限、安全性较差,铅酸电池循环寿命短,这些问题使得这类技术难以胜任大规模储能的要求。作为一种新型大规模电化学储能技术,液流电池得到了人们越来越多的关注。液流电池通过溶解在电解液中活性物质电子的得失(价态变化)进行“电能-化学能-电能”的转化,进而实现电能的储存与释放。相对于其他储能技术,液流电池具有输出功率与容量相互独立、系统设计灵活、响应速度快、能量效率高、自放电速率低及使用寿命长等优点,在大规模储能领域得到了越来越多的应用。当前液流电池按照流场结构的不同可以分为“流通型”和“流经型”两种,其中“流通型”液流电池是通过电解质在电极侧面流向另一侧进行氧化还原反应实现运行,这一过程需要电解质横向流经整个电极表面,带来巨大的泵功消耗的同时,由于流动过程中电解质的消耗也导致电极表面电解质浓度分布不均匀,很大程度上降低了液流电池的工作效率。因此,针对液流电池在流动过程中出现的电解质泵功过高、电极内电解质浓度分布不均匀等问题,一种反应均匀、泵功较低的高效液流电池亟待出现。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题,本专利技术目的在于提供一种反应高效,功耗节约的均匀传质液流电池及其工作方法,提高电池效率,降低电池额外泵功。为达到上述目的,本专利技术采用以下技术方案予以实现:一种均匀传质液流电池,包括设置在液流电池本体上的正极流场板、正极集流板、正极电极、交换膜、负极电极、负极集流板和负极流场板;正极集流板与正极流场板和正极电极相连,正极电极和负极电极通过交换膜隔开,负极集流板与负极电极和负极流场板相连;正极流场板中设置有正极电解液进口、正极电解液分配流路、正极电解液供给支路、正极电解液排出支路、正极电解液回收流路和正极电解液出口;所述正极电解液分配流路和正极电解液回收流路纵向设置在正极流场板中,正极电解液排出支路和正极电解液供给支路为多条互相交错不连通且呈阵列排布的管路;正极电解液进口为正极电解液分配流路进口与液流电池外侧相连,正极电解液供给支路进口与正极电解液分配流路相连,正极电解液供给支路出口通过正极集流板与正极电极相连,正极电解液排出支路进口通过正极集流板与正极电极相连,正极电解液排出支路出口与正极电解液回收流路相连,正极电解液出口为正极电解液回收流路出口与液流电池外侧相连;多条正极电解液排出支路等间距分布其进口呈阵列式分布均匀布置在正极集流板侧面;同时多条正极电解液供给支路等间距分布其出口呈阵列式分布均匀布置在正极集流板侧面;负极流场板中设置有负极电解液进口、负极电解液分配流路、负极电解液供给支路、负极电解液排出支路、负极电解液回收流路和负极电解液出口;所述负极电解液分配流路和负极电解液回收流路纵向设置在负极流场板中,负极电解液供给支路和负极电解液排出支路为多条互相交错不连通且阵列排布的管路;负极电解液进口为负极电解液分配流路进口与液流电池外侧相连,负极电解液供给支路进口与负极电解液分配流路相连,负极电解液供给支路出口通过负极集流板与负极电极相连,负极电解液排出支路进口通过负极集流板与负极电极相连,负极电解液排出支路出口与负极电解液回收流路相连,负极电解液出口为负极电解液回收流路出口与液流电池外侧相连;多条负极电解液排出支路等间距分布其进口呈阵列式分布均匀布置在负极集流板侧面;同时多条负极电解液供给支路等间距分布其出口呈阵列式分布均匀布置在负极集流板侧面;正极集流板为具有阵列分布孔的平板,集流板中孔道与正极电解液供给支路出口及正极电解液排出支路进口相连通;负极集流板为具有阵列分布孔的平板,集流板中孔道与负极电解液供给支路出口及负极电解液排出支路进口相连通。进一步,多条正极电解液排出支路进口形成的阵列嵌入多条正极电解液供给支路出口形成的阵列中,各进口与出口交叉且等间距布置。进一步,多条负极电解液排出支路进口形成的阵列嵌入多条负极电解液供给支路出口形成的阵列中,各进口与出口交叉且等间距布置。进一步,所述正极电解液进口位于正极流场板顶部,正极电解液出口位于正极流场板底部。进一步,所述负极电解液进口位于负极流场板顶部,负极电解液出口位于负极流场板底部。进一步,所述正极流场板和负极流场板所用材料为无机非金属材料、金属复合材料或有机高分子材料。进一步,所述正极集流板和负极集流板所用材料为无机非金属导电材料或金属导电材料。进一步,所述阳极电极和阴极电极为具有多孔结构的导电金属材料或碳材料。进一步,所述交换膜为阳离子交换膜、阴离子交换膜或中性交换膜。一种均匀传质液流电池的工作方法,包括如下步骤:步骤S100:电解液均匀分配进入电极正极电解液通过正极电解液进口进入液流电池正极侧,在泵功的作用下通过正极电解液分配流路均匀分配到正极电解液供给支路,进入正极电极中;同时,负极电解液通过负极电解液进口进入液流电池负极侧,在泵功的作用下通过负极电解液分配流路均匀分配到负极电解液供给支路,进入负极电极中;步骤S200:电池充放电反应正极电解质在正极电极表面进行反应,实现电池一次的充电反应,负极电解质在负极电极表面进行反应,实现电池一次的放电反应;步骤S300:电解液均匀短流程流出正极电解液反应完成后,由每个正极电解液供给支路出口流入的电解液从距离较近的正极电解液排出支路入口流出,进一步电解液由正极电解液排出支路汇流至正极电解液回收流路通过正极电解液出口排出;同时,负极电解液反应完成后,由每个负极电解液供给支路出口流入的电解液从距离较近的负极电解液排出支路入口流出,进一步电解液由负极电解液排出支路汇流至负极电解液回收流路通过负极电解液出口排出。本专利技术相对于现有技术,具有如下优点及效果:本专利技术的均匀传质液流电池,包括设置在液流电池本体上的正极流场板、正极集流板、正极电极、交换膜、负极电极、负极集流板和负极流场板;正极电解液排出支路和正极电解液供给支路为多条互相交错不连通且呈阵列排布的管路;多条正极电解液排出支路等间距分布其进口呈阵列式分布均匀布置在正极集流板侧面;同时多条正极电解液供给支路等间距分布其出口呈阵列式分布均匀布置在正极集流板侧面;设置阵列分布纵向流入流场,保证电解液能够均匀的进入电极表面,提高电解液反应程度,进一步提升电池效率;同时采用与流入流场想结合的阵列分布纵向流出流场,保证电解液在反应完成后能够以最短的流程流出电极,降低了电池所耗泵功。进一步,多条正极电解液排出支路进口与多条正极电解液供给支路出口交叉且等间距呈布置;多条负极电解液排出支路进口与多条负极电解液供给支路出口交叉且等间距布置,未反应的电解液从距离较近的电解液排出支路入口流出,进一步降低进出口之间的压差,更有利于提高电池效率、降本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种均匀传质液流电池,其特征在于:包括设置在液流电池本体上的正极流场板(1)、正极集流板(2)、正极电极(3)、交换膜(4)、负极电极(5)、负极集流板(6)和负极流场板(7);正极集流板(2)与正极流场板(1)和正极电极(3)相连,正极电极(3)和负极电极(5)通过交换膜(4)隔开,负极集流板(6)与负极电极(5)和负极流场板(7)相连;正极流场板(1)中设置有正极电解液进口(8)、正极电解液分配流路(9)、正极电解液供给支路(10)、正极电解液排出支路(11)、正极电解液回收流路(12)和正极电解液出口(13);所述正极电解液分配流路(9)和正极电解液回收流路(12)纵向设置在正极流场板(1)中,正极电解液排出支路(11)和正极电解液供给支路(10)为多条互相交错不连通且呈阵列排布的管路;正极电解液进口(8)为正极电解液分配流路(9)进口与液流电池外侧相连,正极电解液供给支路(10)进口与正极电解液分配流路(9)相连,正极电解液供给支路(10)出口通过正极集流板(2)与正极电极(3)相连,正极电解液排出支路(11)进口通过正极集流板(2)与正极电极(3)相连,正极电解液排出支路(11)出口与正极电解液回收流路(12)相连,正极电解液出口(13)为正极电解液回收流路(12)出口与液流电池外侧相连;多条正极电解液排出支路(11)等间距分布其进口呈阵列式分布均匀布置在正极集流板(2)侧面;同时多条正极电解液供给支路(10)等间距分布其出口呈阵列式分布均匀布置在正极集流板(2)侧面;负极流场板(7)中设置有负极电解液进口(14)、负极电解液分配流路(15)、负极电解液供给支路(16)、负极电解液排出支路(17)、负极电解液回收流路(18)和负极电解液出口(19);所述负极电解液分配流路(15)和负极电解液回收流路(18)纵向设置在负极流场板(7)中,负极电解液供给支路(16)和负极电解液排出支路(17)为多条互相交错不连通且阵列排布的管路;负极电解液进口(14)为负极电解液分配流路(15)进口与液流电池外侧相连,负极电解液供给支路(16)进口与负极电解液分配流路(15)相连,负极电解液供给支路(16)出口通过负极集流板(6)与负极电极(5)相连,负极电解液排出支路(17)进口通过负极集流板(6)与负极电极(5)相连,负极电解液排出支路(17)出口与负极电解液回收流路(18)相连,负极电解液出口(19)为负极电解液回收流路(18)出口与液流电池外侧相连;多条负极电解液排出支路(17)等间距分布其进口呈阵列式分布均匀布置在负极集流板(6)侧面;同时多条负极电解液供给支路(16)等间距分布其出口呈阵列式分布均匀布置在负极集流板(6)侧面;正极集流板(2)为具有阵列分布孔的平板,集流板中孔道与正极电解液供给支路(10)出口及正极电解液排出支路(11)进口相连通;负极集流板(6)为具有阵列分布孔的平板,集流板中孔道与负极电解液供给支路(16)出口及负极电解液排出支路(17)进口相连通。...

【技术特征摘要】
1.一种均匀传质液流电池,其特征在于:包括设置在液流电池本体上的正极流场板(1)、正极集流板(2)、正极电极(3)、交换膜(4)、负极电极(5)、负极集流板(6)和负极流场板(7);正极集流板(2)与正极流场板(1)和正极电极(3)相连,正极电极(3)和负极电极(5)通过交换膜(4)隔开,负极集流板(6)与负极电极(5)和负极流场板(7)相连;正极流场板(1)中设置有正极电解液进口(8)、正极电解液分配流路(9)、正极电解液供给支路(10)、正极电解液排出支路(11)、正极电解液回收流路(12)和正极电解液出口(13);所述正极电解液分配流路(9)和正极电解液回收流路(12)纵向设置在正极流场板(1)中,正极电解液排出支路(11)和正极电解液供给支路(10)为多条互相交错不连通且呈阵列排布的管路;正极电解液进口(8)为正极电解液分配流路(9)进口与液流电池外侧相连,正极电解液供给支路(10)进口与正极电解液分配流路(9)相连,正极电解液供给支路(10)出口通过正极集流板(2)与正极电极(3)相连,正极电解液排出支路(11)进口通过正极集流板(2)与正极电极(3)相连,正极电解液排出支路(11)出口与正极电解液回收流路(12)相连,正极电解液出口(13)为正极电解液回收流路(12)出口与液流电池外侧相连;多条正极电解液排出支路(11)等间距分布其进口呈阵列式分布均匀布置在正极集流板(2)侧面;同时多条正极电解液供给支路(10)等间距分布其出口呈阵列式分布均匀布置在正极集流板(2)侧面;负极流场板(7)中设置有负极电解液进口(14)、负极电解液分配流路(15)、负极电解液供给支路(16)、负极电解液排出支路(17)、负极电解液回收流路(18)和负极电解液出口(19);所述负极电解液分配流路(15)和负极电解液回收流路(18)纵向设置在负极流场板(7)中,负极电解液供给支路(16)和负极电解液排出支路(17)为多条互相交错不连通且阵列排布的管路;负极电解液进口(14)为负极电解液分配流路(15)进口与液流电池外侧相连,负极电解液供给支路(16)进口与负极电解液分配流路(15)相连,负极电解液供给支路(16)出口通过负极集流板(6)与负极电极(5)相连,负极电解液排出支路(17)进口通过负极集流板(6)与负极电极(5)相连,负极电解液排出支路(17)出口与负极电解液回收流路(18)相连,负极电解液出口(19)为负极电解液回收流路(18)出口与液流电池外侧相连;多条负极电解液排出支路(17)等间距分布其进口呈阵列式分布均匀布置在负极集流板(6)侧面;同时多条负极电解液供给支路(16)等间距分布其出口呈阵列式分布均匀布置在负极集流板(6)侧面;正极集流板(2)为具有阵列分布孔的平板,集流板中孔道与正极电解液供给支路(10)出口及正极电解液排出支路(1...

【专利技术属性】
技术研发人员:李印实王睿
申请(专利权)人:西安交通大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1