浆料储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种浆料储能系统，其包括储料结构、电化学反应结构以及物料循环系统，物料循环系统包括电解液循环系统和浆料循环系统；其中，储料结构设于电化学反应结构的上方且相互连通，物料循环系统的一端与储料结构连通、另一端与电化学反应结构连通；工作时，位于储料结构内的沉积型活性浆料在驱动力作用下，由储料结构进入电化学反应结构反应后，并排出与电解液混合形成悬浮型活性浆料，并通过浆料循环系统返回储料结构，在储料结构中再次转换成沉积型活性浆料；活性浆料具有沉积型、悬浮型两种形态，其在储存和充放电过程以沉积型活性浆料形态存在，具有较高的堆积密度和能量密度、较好的导电性和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
浆料储能系统
本专利技术涉及化学储能电池领域，具体涉及一种浆料储能系统。
技术介绍
半固态锂离子液流电池是最新发展起来的一种电化学储能电池技术，其综合了锂离子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、高安全的新型二次电池。如现有技术中的一种锂离子液流电池，其采用锂离子电池中应用的活性物质，以固体颗粒形式存在，通过粘结剂与电解液形成悬浮液，在流道中流动。但是其存在以下不足之处：1）悬浮液的流动性与悬浮液的固含量之间存在矛盾之处，提高整体能量密度需要加大电解液的固含量，但这会使得电解液的流动性恶化，若固含量较低，不但能量密度大大降低，还会带来电极整体电导较低，在反应过程中会引起较大的极化等；2）悬浮液的稳定性很难保证，非常容易形成局部的沉降，阻塞流道及隔膜；从而其大大增加了装备设计制造的难度和生产成本。综上可知，现需提供一种能量密度高且安全、可靠的低成本的浆料储能系统。
技术实现思路
为此，本专利技术提供了一种浆料储能系统，其包括储料结构、电化学反应结构以及物料循环系统，所述物料循环系统包括电解液循环系统和浆料循环系统；其中，所述储料结构与所述电化学反应结构相互连通，所述物料循环系统与所述储料结构、所述电化学反应结构连通；工作时，位于所述储料结构内的沉积型活性浆料在驱动力作用下，由所述储料结构进入所述电化学反应结构反应后，并排出与所述电解液混合形成悬浮型活性浆料，并通过所述浆料循环系统返回所述储料结构，在所述储料结构中再次转换成沉积型活性浆料。所述储料结构包括至少一组储料组件，所述储能组件包括正极储料罐和负极储料罐，所述正极储料罐和/或所述负极储料罐设为沉积型活性浆料储料罐；所述浆料循环系统包括至少一组浆料循环组件，所述浆料循环组件包括正极浆料循环和/或负极浆料循环；其中，当所述正极储料罐设为沉积型活性浆料储料罐、所述浆料循环组件包括正极浆料循环时，所述正极浆料循环的一端通过第一汇流器与所述电化学反应结构的正极腔室的出口、所述电解液循环系统连通，所述正极浆料循环的另一端与所述正极储料罐的浆料入口连通；当所述负极储料罐设为沉积型活性浆料储料罐、所述浆料循环组件包括负极浆料循环时，所述负极浆料循环的一端通过第二汇流器与所述电化学反应结构的负极腔室的出口、所述电解液循环系统连通，所述负极浆料循环的另一端与所述负极储料罐的浆料入口连通。所述正极浆料循环包括正极浆料循环管道和为该浆料循环提供动力的第一浆泵，所述负极浆料循环包括负极浆料循环管道和为该浆料循环提供动力的第二浆泵。所述电解液循环系统包括至少一个电解液储罐以及电解液循环管道，所述电解液循环管道包括至少一组连通管道；其中，所述连接管道包括用于连通所述电解液储罐与所述正极储料罐的第一连通管道、用于连通所述电解液储罐与所述正极腔室的第三连通管道、用于连通所述电解液储罐与所述第一汇流器的第五连通管道，和/或用于连通所述电解液储罐与所述负极储料罐的第二连通管道、用于连通所述电解液储罐与所述负极腔室的第四连通管道、用于连通所述电解液储罐与所述第二汇流器的第六连通管道。所述电解液循环系统还包括泄压结构和设于所述电解液储罐内的电解液搅拌结构。还包括用于防止活性浆料进入所述电解液循环系统的过滤结构，所述过滤结构包括设于所述电解液循环管道与所述正极储料罐、所述负极储料罐、所述第一汇流器、所述第二汇流器、以及所述电化学反应结构的连接处的过滤器。所述正、负极储料罐包括储料罐体和设于所述储料罐体内的储料搅拌结构。还包括控制阀结构，所述控制阀结构包括设于所述正极储料罐与所述正极腔室之间的第一浆料控制阀、设于所述负极储料罐与所述负极腔室之间的第二浆料控制阀、设于所述、设于所述正极储料罐与所述第一汇流器之间的第三浆料控制阀、以及设于所述负极储料罐与所述第二汇流器之间的第四浆料控制阀。所述活性浆料中的储能活性物质为颗粒状固体，其颗粒形状为球状、圆柱状、不规则片状、微小颗粒烧结成的多孔微球结构中的一种或多种混合。所述电化学反应结构包括至少一个既可充电又可放电的两用电化学反应器；或者所述电化学反应结构包括至少一组专供充电使用的电化学反应器和专供放电使用的电化学反应器。还包括对所述电化学反应结构内的活性浆料的实时电压进行监控的参比电极。本专利技术相对于现有技术，具有如下优点之处：在本专利技术中，活性浆料包括沉积型活性浆料形态和悬浮型活性浆料形态，其在储存和充放电过程以沉积型活性浆料形态存在，具有较高的堆积密度，从而有较好的导电性、较高的能量密度和较好的倍率性能，由于充放电时反应器中的活性浆料处于静止状态，因此各部分储能活性物质的电化学环境是可控的，这大大加强了系统的可靠性、安全性；而循环流动时是以悬浮型活性浆料形态存在，从所述电化学反应结构中排出的沉积型活性浆料通过添加额外的电解液形成悬浮型活性浆料，极大减小了浆料在循环过程中的流动阻力，而当悬浮型活性浆料返回所述储料结构后，该悬浮型活性浆料在重力作用下自动转换成沉积型活性浆料，该沉积型活性浆料位于所述储料结构底部，直接进入下一循环，实现了储能活性物质的循环利用，降低了生产成本，同时循环流动实现了容量与功率的分离，提高了体系的能量密度；本专利技术通过沉积型活性浆料与悬浮液型浆料的相互转换，有效解决锂离子液流电池概念中的流动性与能量密度的矛盾，同时也解决了浆料在循环管道和反应腔室内隔膜上黏附的关键技术问题，本专利技术还可以根据不同应用场景的需要活性浆料的储能活性物质材料和电解液类型进行设计，且设备易于维护；本专利技术还可以根据不同应用场景的需要活性浆料的储能活性物质材料和电解液类型进行设计，且设备易于维护。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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为本专利技术所述的浆料储能系统整体结构示意图；图2为本专利技术所述的浆料储能系统活性浆料输出各组分流动示意图；图3为本专利技术所述的浆料储能系统活性浆料输入各组分流动示意图；图4为实施例2所述的储料结构示意图；附图标记说明：1-电化学反应结构；2-正极储料罐；3-负极储料罐；4-电解液循环系统；5-浆料循环系统；6-正极腔室；7-负极腔室；11-浆料控制阀；12-汇流器；13-过滤器；14-电解液控制阀；15-浆料循环管道；16-电解液循环管道；17-浆泵；18-电解液储罐；19-电解液搅拌结构；20-泄压结构；21-储料结构；22-储料搅拌结构。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1如图1所示，本实施例提供了浆料储能系统，其包括储料结构21、电化学反应结构1以及物料循环系统，所述物料循环系统包括电解液循环系统4和浆料循环系统5；其中，所述储料结构21与所述电化学反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.浆料储能系统，其特征在于：其包括储料结构（21）、电化学反应结构（1）以及物料循环系统，所述物料循环系统包括电解液循环系统（4）和浆料循环系统（5）；其中，所述储料结构（21）与所述电化学反应结构（1）相互连通，所述物料循环系统与所述储料结构（21）、所述电化学反应结构（1）连通；工作时，位于所述储料结构（21）内的沉积型活性浆料在驱动力作用下，由所述储料结构（21）进入所述电化学反应结构（1）反应后，并排出与所述电解液混合形成悬浮型活性浆料，并通过所述浆料循环系统（5）返回所述储料结构（21），在所述储料结构（21）中再次转换成沉积型活性浆料。

【技术特征摘要】
1.浆料储能系统，其特征在于：其包括储料结构（21）、电化学反应结构（1）以及物料循环系统，所述物料循环系统包括电解液循环系统（4）和浆料循环系统（5）；其中，所述储料结构（21）与所述电化学反应结构（1）相互连通，所述物料循环系统与所述储料结构（21）、所述电化学反应结构（1）连通；工作时，位于所述储料结构（21）内的沉积型活性浆料在驱动力作用下，由所述储料结构（21）进入所述电化学反应结构（1）反应后，并排出与所述电解液混合形成悬浮型活性浆料，并通过所述浆料循环系统（5）返回所述储料结构（21），在所述储料结构（21）中再次转换成沉积型活性浆料。2.根据权利要求1所述的浆料储能系统，其特征在于：所述储料结构（21）包括至少一组储料组件，所述储能组件包括正极储料罐（2）和负极储料罐（3），所述正极储料罐（2）和/或所述负极储料罐（3）设为沉积型活性浆料储料罐；所述浆料循环系统（5）包括至少一组浆料循环组件，所述浆料循环组件包括正极浆料循环和/或负极浆料循环；其中，当所述正极储料罐（2）设为沉积型活性浆料储料罐、所述浆料循环组件包括正极浆料循环时，所述正极浆料循环的一端通过第一汇流器（12）与所述电化学反应结构（1）的正极腔室（6）的出口、所述电解液循环系统（4）连通，所述正极浆料循环的另一端与所述正极储料罐（2）的浆料入口连通；当所述负极储料罐（3）设为沉积型活性浆料储料罐、所述浆料循环组件包括负极浆料循环时，所述负极浆料循环的一端通过第二汇流器（12）与所述电化学反应结构（1）的负极腔室（7）的出口、所述电解液循环系统（4）连通，所述负极浆料循环的另一端与所述负极储料罐（3）的浆料入口连通。3.根据权利要求2所述的浆料储能系统，其特征在于：所述正极浆料循环包括正极浆料循环管道（15）和为该浆料循环提供动力的第一浆泵（17），所述负极浆料循环包括负极浆料循环管道（15）和为该浆料循环提供动力的第二浆泵（17）。4.根据权利要求2所述的浆料储能系统，其特征在于：所述电解液循环系统（4）包括至少一个电解液储罐（18）以及电解液循环管道（16），所述电解液循环管道（16）包括至少一组连通管道；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志兴，刘越，莫文彬，王接喜，李新海，郭华军，胡启阳，彭文杰，颜果春，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43