一种通过压缩气体驱动的锂液流电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种通过压缩气体驱动的锂液流电池系统，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部，通过控制装置控制气体供应部来为电池模块部提供驱动气体。其中，气体供应部提供的压缩气体经由电池模块部的气体管路和控制阀进入储液装置并完成电池反应器正极反应腔、负极反应腔和隔离腔的单独、同步或依次换液。通过压缩机压缩的气体来驱动电极悬浮液往复流动，能够有效降低能耗、提高电池系统密封性、保证电池系统安全可靠运行，并且使得整个系统操作简单并且便于控制。另外，还提供了上述的通过压缩气体驱动锂液流电池系统的工作方法。

【技术实现步骤摘要】
一种通过压缩气体驱动的锂液流电池系统
本专利技术属于电化学动力电池技术，具体涉及通过压缩气体驱动的锂液流电池系统。
技术介绍
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。它可以广泛应用分布式发电、智能电网、基站储能、电网调峰调频等领域。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。虽然锂离子液流电池在大规模储能应用中拥有诸多的优势，但是，锂液流电池的电极悬浮液由有机电解液、电极活性材料和导电剂组成，是一种粘稠的非水系流体。如果通过密封管道利用液泵推动电极悬浮液在储液装置和电池反应器之间流动，则电极悬浮液进行循环时会产生较大的机械损耗。另外，液泵容易导致电极悬浮液的泄露，并且液泵还容易导致电极悬浮液与大气中的水汽和氧气体接触，从而使得电池系统的整体效率和安全性能较低。
技术实现思路
针对以上存在的问题，本专利技术提供一种通过压缩气体驱动的锂液流电池系统，其特征在于，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部。其中，气体供应部包括：储气装置，在储气装置中存储有氮气或惰性气体；压缩机，该压缩机连接于储气装置并将氮气或惰性气体进行压缩。其中，电池模块部包括：反应器，该反应器设有正极反应腔、负极反应腔和隔离腔；气体流入总管，该气体流入总管连接于压缩机，用以向电池模块部输入气体；气体流入支管，三个气体流入支管从气体流入总管分支；气体流出总管，该气体流出总管连接于储气装置，用以从电池模块部输出气体；气体流出支管，三个气体流出支管从气体流出总管分支；气动控制阀，三个气动控制阀分别设置在三个气体流入支管上，用以控制气体流入支管中的气流的气压和流量；第一、第二正极悬浮液储液装置，该第一、第二正极悬浮液储液装置分别在一端通过气体管路连接于第一电磁换向阀并且分别在另一端通过液体管路连接于反应器的正极反应腔，第一、第二正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液；第一、第二负极悬浮液储液装置，该第一、第二负极悬浮液储液装置分别在一端通过气体管路连接于第二电磁换向阀并且分别在另一端通过液体管路连接于反应器的负极反应腔，第一、第二负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液；第一、第二电解液储液装置，该第一、第二电解液储液装置分别在一端通过气体管路连接于第三电磁换向阀并且分别在另一端通过液体管路连接于反应器的隔离腔，第一、第二电解液储液装置用以存储电解液；第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀，上述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀分别在一端连接于气体流入支管及气体流出支管并且分别在另一端通过气体管路连接于上述第一、第二正极悬浮液储液装置、第一、第二负极悬浮液储液装置和第一、第二电解液储液装置，通过电磁换向阀的切换能够断开气流或者使得气体管路中的气体能够换向流动。其中，控制装置控制第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀的开启、关闭顺序及开启时间、控制经由气动控制阀进入气体流入支管的气流的压力及流量、并且控制压缩机的开启及关闭。根据本专利技术的锂液流电池系统，可以为电池系统提供更大的安全保障。当电池反应器发生短路等故障时，控制装置可以得到反馈并且使得气体进入电池的反应腔。通过将气体充满正极反应腔和负极反应腔并且将正极反应腔和负极反应腔中的悬浮液排空，能够阻止由于电池故障而导致的电池电极悬浮液过热、燃烧、爆炸等危险的发生。在反应器的正极反应腔以及正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液为正极活性材料颗粒、导电剂与电解液的混合物；正极活性材料颗粒为磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、硅酸锂、硅酸铁锂、钛硫化合物、钼硫化合物、铁硫化合物、掺杂锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂钒氧化物、锂钛氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍锰钴氧化物及其它可嵌锂化合物的一种或几种；导电剂为碳黑、碳纤维、石墨烯、科琴黑、纳米碳管、金属颗粒以及其他电子导电材料中的一种或几种。在反应器的负极反应腔以及负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液为负极活性材料颗粒、导电剂与电解液的混合物，负极活性材料颗粒为可逆嵌锂的铝基合金、硅基合金、锡基合金、锂硅氧化物、锂钒氧化物、锂钛氧化物、金属锂粉、石墨、碳材料的一种或几种；导电剂为碳黑、碳纤维、石墨烯、科琴黑、纳米碳管、金属颗粒以及其他电子导电材料中的一种或几种。在反应器的隔离腔以及电解液储液装置中的电解液为采用锂盐溶解于有机溶剂或离子液体的溶液，所述锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二草酸硼酸锂中的一种或几种；所述有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等碳酸酯类、四氢呋喃、二甲基四氢呋喃、1,2-二甲氧乙烷等醚类、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯等羧酸酯类中的一种或几种，所述离子液体包括N-甲基-N-丙基吡咯-二(三氟甲基磺酰)亚胺、1-甲基-4-丁基吡啶-二(三氟甲基磺酰)亚胺、1,2-二甲基-3-N-丁基咪唑、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸、1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸的一种或几种混合物。根据本专利技术的另一方面，控制装置通过控制第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电池阀的开启、关闭顺序及开启时间能够实现反应器的正极反应腔、负极反应腔和隔离腔的同时换液、依次换液或单独换液。当反应器的正极反应腔、负极反应腔和隔离腔同时换液时，控制装置通过控制流经三个气动控制阀的气流的压力和流量来实现正极反应腔、负极反应腔和隔离腔的同步换液。因为，正极悬浮液、负极悬浮液、电解液的粘度、流动速度和流动阻力不同，因此，可以通过控制气动控制阀来控制各个气体流入支路中的气体的压力和流量，通过各个气体流入支路中的气体的压力比或流量比来实现反应器的正极反应腔、负极反应腔和隔离腔的换液同步性。由于正极悬浮液、负极悬浮液、电解液的粘度、流动速度和流动阻力会根据不同电池的具体情况而有所不同，因此各个气体流入支路中的气体的压力和流量也应相应地进行改变。根据本专利技术的另一方面，气体供应部能够为多个电池模块部供应驱动气体。也就是说，通过设置一个储气装置，可以经由一个压缩机或多个压缩机对气体进行压缩，压缩后的气体同时或依次为多个反应器的换液提供驱动气体。这样可以简化系统结构。根据本专利技术的另一方面，在气体流入总管、或气体流入支管、或气体管路中设有电解液溶剂补汽装置，在电解液溶剂补汽装置中装有电解液或者仅装有电解液的溶剂部分。电解液溶剂补汽装置中的电解液溶剂可以为液体、汽体或者汽液混合。电解液溶剂补汽装置使得压缩气体在进入正极悬浮液储液装置、负极悬浮液储液装置、电解液储液装置之前吸收电解液溶剂。这样，吸收电解液溶剂之后的气体在进入正极悬浮液储液装置、负极悬浮液储液装置、电解液储液装置之后能够少量地带走、甚至不会带走储液装置中的电解液溶剂，从而能够保证正极悬浮液储液装置、负极悬浮液储液装置、电解液储液装置中的正极悬浮液、负极悬浮液和电解液的浓度稳定性。气体可以流经电解液溶剂补汽装置并与其中的液态或汽态电解液溶剂充分接触，以便使气体充分吸收电解液溶剂，优选地，使得气体中的电解液溶剂含量达到饱和。根据本专利技术的另一方面，储气装置设有气压调控装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过压缩气体驱动的锂液流电池系统，其特征在于，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部，其中，所述气体供应部包括：储气装置，在所述储气装置中存储有氮气或惰性气体；压缩机，所述压缩机连接于所述储气装置并将所述氮气或惰性气体进行压缩；其中，所述电池模块部包括：反应器，所述反应器设有正极反应腔、负极反应腔和隔离腔；气体流入总管，所述气体流入总管连接于所述压缩机，用以向所述电池模块部输入气体；气体流入支管，三个所述气体流入支管从所述气体流入总管分支；气体流出总管，所述气体流出总管连接于所述储气装置，用以从所述电池模块部输出气体；气体流出支管，三个所述气体流出支管从所述气体流出总管分支；气动控制阀，三个气动控制阀分别设置在三个所述气体流入支管上，用以控制所述气体流入支管中的气流的气压和流量；第一正极悬浮液储液装置，所述第一正极悬浮液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的正极反应腔，所述第一正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液；第二正极悬浮液储液装置，所述第二正极悬浮液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的正极反应腔，所述第二正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液；第一负极悬浮液储液装置，所述第一负极悬浮液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的负极反应腔，所述第一负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液；第二负极悬浮液储液装置，所述第二负极悬浮液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的负极反应腔，所述第二负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液；第一电解液储液装置，所述第一电解液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的隔离腔，所述第一电解液储液装置用以存储电解液；第二电解液储液装置，所述第二电解液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的隔离腔，所述第二电解液储液装置用以存储电解液；第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀，所述第一电磁换向阀在一端连接于三组气体流入支管和气体流出支管的其中一组并且在另一端通过气体管路连接于所述第一正极悬浮液储液装置和第二正极悬浮液储液装置，所述第二电磁换向阀在一端连接于三组气体流入支管和气体流出支管的其中一组并且在另一端通过气体管路连接于所述第一负极悬浮液储液装置和第二负极悬浮液储液装置，所述第三电磁换向阀在一端连接于三组气体流入支管和气体流出支管的其中一组并且在另一端通过气体管路连接于所述第一电解液储液装置和第二电解液储液装置，通过所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀的切换能够断开气流或者使得与正极悬浮液储液装置、负极悬浮液储液装置、电解液储液装置相连接的气体管路中的气体能够换向流动。...

【技术特征摘要】
1.一种通过压缩气体驱动的锂液流电池系统，其特征在于，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部，其中，所述气体供应部包括：储气装置，在所述储气装置中存储有氮气或惰性气体；压缩机，所述压缩机连接于所述储气装置并将所述氮气或惰性气体进行压缩；其中，所述电池模块部包括：反应器，所述反应器设有正极反应腔、负极反应腔和隔离腔；气体流入总管，所述气体流入总管连接于所述压缩机，用以向所述电池模块部输入气体；气体流入支管，三个所述气体流入支管从所述气体流入总管分支；气体流出总管，所述气体流出总管连接于所述储气装置，用以从所述电池模块部输出气体；气体流出支管，三个所述气体流出支管从所述气体流出总管分支；气动控制阀，三个气动控制阀分别设置在三个所述气体流入支管上，用以控制所述气体流入支管中的气流的气压和流量；第一正极悬浮液储液装置，所述第一正极悬浮液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的正极反应腔，所述第一正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液；第二正极悬浮液储液装置，所述第二正极悬浮液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的正极反应腔，所述第二正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液；第一负极悬浮液储液装置，所述第一负极悬浮液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的负极反应腔，所述第一负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液；第二负极悬浮液储液装置，所述第二负极悬浮液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的负极反应腔，所述第二负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液；第一电解液储液装置，所述第一电解液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的隔离腔，所述第一电解液储液装置用以存储电解液；第二电解液储液装置，所述第二电解液储液装置的一端通过液体管路连接于所述反应器的隔离腔，所述第二电解液储液装置用以存储电解液；第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀，所述第一电磁换向阀在一端连接于三组气体流入支管和气体流出支管的其中一组并且在另一端通过气体管路连接于所述第一正极悬浮液储液装置和第二正极悬浮液储液装置，所述第二电磁换向阀在一端连接于三组气体流入支管和气体流出支管的其中一组并且在另一端通过气体管路连接于所述第一负极悬浮液储液装置和第二负极悬浮液储液装置，所述第三电磁换向阀在一端连接于三组气体流入支管和气体流出支管的其中一组并且在另一端通过气体管路连接于所述第一电解液储液装置和第二电解液储液装置，通过所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀的切换能够断开气流或者使得与正极悬浮液储液装置、负极悬浮液储液装置、电解液储液装置相连接的气体管路中的气体能够换向流动。2.根据权利要求1所述的通过压缩气体驱动的锂液流电池系统，其中，所述控制装置控制所述第一电磁换向阀、所述第二电磁换向阀、所述第三电磁换向阀的开启、关闭顺序及开启时间、控制经由所述气动控制阀进入所述气体流入支管的气流的压力及流量、并且控制所述压缩机的开启及关闭。3.根据权利要求1所述的通过压缩气体驱动的锂液流电池系统，其中，所述控制装置通过控制所述第一电磁换向阀、所述第二电磁换向阀、所述第三电池阀的开启、关闭顺序及开启时间能够实现所述反应器的正极反应腔、负极反应腔和隔离腔的同时换液、依次换液或单独换液。4.根据权利要求3所述的通过压缩气体驱动的锂液流电池系统，其中，当所述反应器的正极反应腔、负极反应腔和隔离腔同时换液时，所述控制装置通过控制流经三个所述气动控制阀的气流的压力和流量来实现所述正极反应腔、负极反应腔和隔离腔的同步换液。5.根据权利要求1-4中任一项所述的通过压缩气体驱动的锂液流电池系统，其中，所述气体供应部能够为多个所述电池模块部供应驱动气体。6.根据权利要求1-4中任一项所述的通过压缩气体驱动的锂液流电池系统，其中，在所述气体流入总管、所述气体流入支管或所述气体管路中设有电解液溶剂补汽装置，所述电解液溶剂补汽装置使得气体在进入所述正极悬浮液储液装置、所述负极悬浮液储液装置、所述电解液储液装置之前吸收电解液溶剂。7.根据权利要求1-4中任一项所述的通过压缩气体驱动的锂液流电池系统，其中，在所述气体供应部中还设有补气装置并且在所述储气装置中设有气压调控装置，所述气压调控装置用以检测所述储气装置内的压力，当所述储气装置中的压力低于储气装置预定压力范围的下限时，所述气压调控装置开启与所述补气装置相连的控制阀，通过所述补气装置对所述储气装置充气；当所述储气装置中的压力达到储气装置预定压力范围的上限时，所述气压调控装置关闭与所述补气装置相连的所述控制阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永翀，张晓虎，冯玉宾，张彬，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