一种半固态锂液流电池系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及储能电池领域，尤其涉及一种半固态锂液流电池系统及其工作方法，包括半固态锂液流电池、正极储液装置、负极储液装置、正极气压驱动系统和负极气压驱动系统，所述正极储液装置通过正极输液管路与半固态锂液流电池的正极反应腔相连通，所述负极储液装置通过负极输液管路与半固态锂液流电池的负极反应腔相连通；所述正极气压驱动系统通过正极输气管路与所述正极储液装置相连通，所述负极气压驱动系统通过输气管路与所述负极储液装置相连通，所述的正极储液装置由至少两个正极储液管组成，所述的负极储液装置由至少两个负极储液管组成。本发明专利技术使用多个储液管，使得电极悬浮液的固相颗粒的沉降面积减小，避免了电池漏电电流。

【技术实现步骤摘要】
一种半固态锂液流电池系统及其工作方法
本专利技术涉及化学储能电池领域，尤其涉及降低电极悬浮液的沉降量、避免漏电流的一种半固态锂液流电池系统及其工作方法。
技术介绍
半固态锂液流电池是最新发展起来的一种电化学电池技术，它综合了锂电池和液流电池的优点，是一种输出功率和储能容量彼此独立，且能量密度大、成本较低的新型二次电池。它不仅可以作为太阳能、风能发电系统的配套储能设备，还可以作为电网的调峰装置，提高输电质量，保障电网安全。利用化学电源进行蓄电储能，可以不受地理条件限制，有望实现大规模储能，具有重大社会经济价值。目前液流电池(如：全钒液流电池)通常使用液泵直接驱动电解液循环流动，并且正、负电解液通常分别使用一个大型储液罐，使用液泵驱动电解液单方向循环流动。半固态锂液流电池若采用这种驱动方法，会导致以下问题：(1)半固态锂液流电池的电极悬浮液为固液两相半固态流体，具有一定的沉降性，若使用如全钒液流电池所用的大型储液罐存储电极悬浮性，容易导致电极悬浮液的集中大量沉降，非常不利于悬浮液的稳定输运；(2)半固态锂液流电池的电极悬浮液具有电子导电特性，若在一套电池系统内正、负电极悬浮液分别只使用一个储液罐，电极悬浮液主回路内漏电电流会降低电池的库仑效率，尤其当系统放大后，漏电电流的影响将更加显著，所以需采取新的措施避免产生漏电电流。
技术实现思路
为了解决半固态锂液流电池电极悬浮液沉降以及漏电流的问题，实现气压驱动电极悬浮液的间歇式流动，本专利技术提供一种半固态锂液流电池系统，能够有效降低电极悬浮液的沉降量，避免漏电流的现象产生，提高电池运行的稳定性，本专利技术同时提供了一种半固态锂液流电池系统的工作方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种半固态锂液流电池系统，包括半固态锂液流电池、正极储液装置、负极储液装置、正极气压驱动系统和负极气压驱动系统，所述正极储液装置通过正极输液管路与半固态锂液流电池的正极反应腔相连通，所述负极储液装置通过负极输液管路与半固态锂液流电池的负极反应腔相连通；所述正极气压驱动系统通过正极输气管路与所述正极储液装置相连通，所述负极气压驱动系统通过输气管路与所述负极储液装置相连通；所述的正极储液装置由至少两个正极储液管组成，所述正极储液管为连续弯曲的管，或者为直线管和弯曲管形成的组合管，其中至少一个正极储液管内充满正极悬浮液，至少一个正极储液管内充满氮气或惰性气体，多个正极储液管之间通过正极输液管路并联连通，多个正极储液管之间通过输气管路并联连通；正极悬浮液固相颗粒在重力的作用下会在正极储液管内发生沉降，正极悬浮液通过正极储液管的弯曲部，形成扰流，能够将沉降的固相颗粒荡起，使得沉降固相颗粒与正极悬浮液一同流动；所述的负极储液装置由至少两个负极储液管组成，所述负极储液管为连续弯曲的管，或者为直线管和弯曲管形成的组合管，其中至少一个负极储液管内充满正极悬浮液，至少一个负极储液管内充满氮气或惰性气体，多个负极储液管之间通过负极输液管路并联连通，多个负极储液管之间通过输气管路并联连通；负极悬浮液的固相颗粒在重力的作用下会在负极储液管内发生沉降,负极悬浮液通过负极储液管的弯曲部，形成扰流，能够将沉降的固相颗粒荡起，使得沉降颗粒与负极悬浮液一同流动。所述的正极储液管可以是分体结构，也可以是一体结构。所述的负极储液管可以是分体结构，也可以是一体结构。所述的正极储液装置具有立柱，正极储液管可以依附于立柱环绕成各种形状。所述的负极储液装置具有立柱，负极储液管可以依附于立柱环绕成各种形状。所述的正极储液管与负极储液管的形状为螺旋形、波浪形、连续的弓字形或者连续的U形。所述的正极储液管的上端口处设有正极进液口，其底部端口处设有正极出液口，多个正极储液管的正极进液口之间通过正极输液管路并联连通，多个正极储液管的正极出液口之间通过正极输液管路并联连通，正极反应腔的出液口与正极储液管的正极进液口通过正极输液管路相连通，正极反应腔的进液口与正极储液管的正极出液口通过正极输液管路相连通,在正极储液管的正极进液口处的正极输液管路上设置有正极进液控制器，在正极储液管的正极出液口处的正极输液管路上设置有正极出液控制器。所述的负极储液管上端口处设有负极进液口，其底部端口处设有负极出液口，多个负极储液管的负极进液口之间通过负极输液管路并联连通，多个负极储液管的负极出液口之间通过负极输液管路并联连通，负极反应腔的出液口与负极储液管的负极进液口通过负极输液管路相连通，负极反应腔的进液口与负极储液管的负极出液口通过负极输液管路相连通,在负极储液管的负极进液口处的负极输液管路上设置有负极进液控制器，在负极储液管的负极出液口处的负极输液管路上设置有负极出液控制器。所述的正极气压驱动系统包括正极集气装置和与正极集气装置相连通的正极气压驱动装置，所述的正极储液管的上端口处设有正极进气口，其底部端口处设有正极排气口，所述的多个正极储液管的正极进气口之间通过输气管路并联连通，多个正极储液管的正极排气口之间通过输气管路并联连通，所述的正极储液管的正极排气口与正极集气装置通过输气管路相连通，正极储液管的正极进气口与正极气压驱动装置通过输气管路相连通，所述的正极储液管的正极进气口处的输气管路上设置有正极进气控制器，正极储液管的正极排气口处的输气管路上设置有正极排气控制器。所述的负极气压驱动系统具有负极集气装置和与负极集气装置相连通的负极气压驱动装置，所述的负极储液管的上端口处设有负极进气口，其底部端口处设有负极排气口，所述的多个负极储液管的负极进气口之间通过输气管路并联连通，多个负极储液管的负极排气口之间通过输气管路并联连通，所述的负极储液管的负极排气口与负极集气装置通过输气管路相连通，负极储液管的负极进气口与负极气压驱动装置通过输气管路相连通，所述的负极储液管的负极进气口处的输气管路上设置有负极进气控制器，负极储液管的负极排气口处的输气管路上设置有负极排气控制器。所述的气压驱动系统中的控制器是阀门、闸板或者其他控制部件。所述的正极储液管为直线管和弯曲管形成的组合管，正极储液管的直线部的内直径为≤50cm，长度≤500cm，优选为50cm-100cm。所述的负极储液管为直线管和弯曲管形成的组合管，负极储液管的直线部内直径为≤50cm，长度≤500cm，优选为50cm-100cm。所述的正极储液管和负极储液管的材料为绝缘耐腐蚀材料：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚酰亚胺、聚醚腈、聚偏氟乙烯、改性聚烯烃、氟硅橡胶、二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、腈硅橡胶、苯撑和苯醚撑硅橡胶中一种或几种混合组成；或者，正极储液管和负极储液管路为不锈钢管；或者，正极储液管和负极储液管路的主体材料为不锈钢，其中内衬为不锈钢，外表面是上述绝缘耐腐蚀材料；或者，正极储液管和负极储液管路的主体材料为不锈钢，正极储液管和负极储液管路的内衬绝缘耐腐蚀材料，外表面是金属材料。所述的一种半固态锂液流电池系统的工作方法，其操作过程为：(a)电池系统开始放电时，开启一个储存有已充满电的正极悬浮液的正极储液管的正极出液控制器和正极进气控制器、关闭正极进液控制器和正极排气控制器，与此同时，开启另一个充满气体的正极储液管的正极进液控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半固态锂液流电池系统，包括半固态锂液流电池、正极储液装置(2)、负极储液装置(2’)、正极气压驱动系统(3)和负极气压驱动系统(3’)，所述正极储液装置(2)通过正极输液管路(4)与半固态锂液流电池的正极反应腔(1)相连通，所述负极储液装置(2’)通过负极输液管路(4’)与半固态锂液流电池的负极反应腔(1’)相连通；所述正极气压驱动系统(3)通过输气管路(5)与所述正极储液装置(2)相连通，所述负极气压驱动系统(3’)通过输气管路(5)与所述负极储液装置(2’)相连通；其特征在于：所述的正极储液装置(2)由至少两个正极储液管(21)组成，所述正极储液管(21)为连续弯曲的管，或者为直线管和弯曲管形成的组合管；其中至少一个正极储液管(21)内充满正极悬浮液，至少一个正极储液管(21)内充满氮气或惰性气体，多个正极储液管(21)之间通过正极输液管路(4)并联连通，多个正极储液管(21)之间通过输气管路(5)并联连通；所述的负极储液装置(2’)由至少两个负极储液管(21’)组成，所述负极储液管(21’)为连续弯曲的管，或者为直线管和弯曲管形成的组合管；其中至少一个负极储液管(21’)内充满负极悬浮液，至少一个负极储液管(21’)内充满氮气或惰性气体，多个负极储液管(21’)之间通过负极输液管路(4’)并联连通，多个负极储液管(21’)之间通过输气管路(5)并联连通。...

【技术特征摘要】
1.一种半固态锂液流电池系统，包括半固态锂液流电池、正极储液装置(2)、负极储液装置(2’)、正极气压驱动系统(3)和负极气压驱动系统(3’)，所述正极储液装置(2)通过正极输液管路(4)与半固态锂液流电池的正极反应腔(1)相连通，所述负极储液装置(2’)通过负极输液管路(4’)与半固态锂液流电池的负极反应腔(1’)相连通；所述正极气压驱动系统(3)通过输气管路(5)与所述正极储液装置(2)相连通，所述负极气压驱动系统(3’)通过输气管路(5)与所述负极储液装置(2’)相连通；其特征在于：所述的正极储液装置(2)由至少两个正极储液管(21)组成，所述正极储液管(21)为连续弯曲的管，或者为直线管和弯曲管形成的组合管；其中至少一个正极储液管(21)内充满正极悬浮液，至少一个正极储液管(21)内充满氮气或惰性气体，多个正极储液管(21)之间通过正极输液管路(4)并联连通，多个正极储液管(21)之间通过输气管路(5)并联连通；所述的负极储液装置(2’)由至少两个负极储液管(21’)组成，所述负极储液管(21’)为连续弯曲的管，或者为直线管和弯曲管形成的组合管；其中至少一个负极储液管(21’)内充满负极悬浮液，至少一个负极储液管(21’)内充满氮气或惰性气体，多个负极储液管(21’)之间通过负极输液管路(4’)并联连通，多个负极储液管(21’)之间通过输气管路(5)并联连通。2.根据权利要求1所述的一种半固态锂液流电池系统，其特征在于：所述的正极储液管(21)的上端口处设有正极进液口，其底部端口处设有正极出液口，多个正极储液管(21)的正极进液口之间通过正极输液管路(4)并联连通，多个正极储液管(21)的正极出液口之间通过正极输液管路(4)并联连通，正极反应腔(1)的出液口与正极储液管(21)的正极进液口通过正极输液管路(4)相连通，正极反应腔(1)的进液口与正极储液管(21)的正极出液口通过正极输液管路(4)相连通,在正极储液管(21)的正极进液口处的正极输液管路(4)上设置有正极进液控制器(6)，在正极储液管(21)的正极出液口处的正极输液管路(4)上设置有正极出液控制器(7)。3.根据权利要求1所述的一种半固态锂液流电池系统，其特征在于：所述的负极储液管(21’)上端口处设有负极进液口，其底部端口处设有负极出液口，多个负极储液管(21’)的负极进液口之间通过负极输液管路(4’)并联连通，多个负极储液管(21’)的负极出液口之间通过负极输液管路(4’)并联连通，负极反应腔(1’)的出液口与负极储液管(21’)的负极进液口通过负极输液管路(4’)相连通，负极反应腔(1’)的进液口与负极储液管(21’)的负极出液口通过负极输液管路(4’)相连通,在负极储液管(21’)的进液口处的负极输液管路(4’)上设置有负极进液控制器(6’)，在负极储液管(21’)的出液口处的负极输液管路(4’)上设置有负极出液控制器(7’)。4.根据权利要求1所述的一种半固态锂液流电池系统，其特征在于：所述的正极气压驱动系统(3)包括正极集气装置(31)和与正极集气装置(31)相连通的正极气压驱动装置(32)，所述的正极储液管(21)的上端口处设有正极进气口，其底部端口处设有正极排气口，所述的多个正极储液管(21)的正极进气口之间通过输气管路(5)并联连通，多个正极储液管(21)的正极排气口之间通过输气管路(5)并联连通，所述正极排气口与正极集气装置(31)通过输气管路(5)相连通，正极进气口与正极气压驱动装置(32)通过输气管路(5)相连通，所述的正极进气口处的输气管路(5)上设置有正极进气控制器(8)，正极排气口处的输气管路(5)上设置有正极排气控制器(9)。5.根据权利要求1所述的一种半固态锂液流电池系统，其特征在于：所述的负极气压驱动系统(3’)具有负极集气装置(31’)和与负极集气装置(31’)相连通的负极气压驱动装置(32’)，所述的负极储液管(21’)的上端口处设有负极进气口，其底部端口处设有负极排气口，所述的多个负极储液管(21’)的负极进气...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永翀，张晓虎，陈翠杰，张艳萍，张萍，
申请(专利权)人：北京好风光储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11