氧化还原液流电池制造技术

一种氧化还原液流电池包括：电池、电解液箱和循环机构，所述电解液箱被构造成存储供应至电池单元的电解液，所述循环机构被布置在所述电池单元和所述电解液箱之间，并且被构造成循环电解液。所述循环机构包括：抽吸管，所述抽吸管被构造成：将电解液从所述电解液中的、抽吸管的开口端抽吸到所述电解液箱中的电解液的箱内液面的上方；循环泵，所述循环泵被布置在所述抽吸管的上端处；挤出管，所述挤出管从所述循环泵的排出口延续至所述电池单元；以及回路管，所述回路管从所述电池单元延续至所述电解液箱。HL/H0大于或等于0.4并且HS小于或等于HL，其中，H0是从所述电解液箱的内底表面到所述箱内液面的高度，HL是从所述抽吸管的开口端到所述箱内液面的长度，HS是从所述箱内液面到所述循环泵的抽吸口的中心的高度。

Redox flow battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化还原液流电池
本专利技术设涉及一种氧化还原液流电池。
技术介绍
专利文献1公开了一种氧化还原液流电池，该氧化还原液流电池包括：电池单元，所述电池单元被构造成在其本身与电力系统之间进行充电和放电；电解液箱，所述电解液箱被构造成存储供应至电池单元的电解液；以及循环机构，所述循环机构被布置在电池单元和电解液箱之间，并且被构造成循环电解液。所述循环机构包括：循环泵、从电解液箱延续至循环泵的管道、从循环泵延续至电池单元的管道以及从电池单元延续至电解液的管道。循环泵被布置在电解液箱的一侧。现有技术文献专利文献专利文献1：日本未审专利申请公开号2012-164530。
技术实现思路
根据本公开的氧化还原液流电池包括：电池单元；电解液箱，所述电解液箱被构造成存储供应至电池单元的电解液；以及循环机构，所述循环机构被布置在电池单元和电解液箱之间，并且被构造成循环电解液。循环机构包括：抽吸管，所述抽吸管被构造成：将电解液从所述电解液中的、抽吸管的开口端抽吸到电解液箱中的电解液的箱内液面的上方；循环泵，所述循环泵被布置在抽吸管的上端处；挤出管，所述挤出管从循环泵的排出口延续至电池单元；以及回路管，所述回路管从电池单元延续至电解液箱。HL/H0大于或等于0.4并且HS小于或等于HL，其中，H0是从电解液箱的内底表面到箱内液面的高度，HL是从抽吸管的开口端到箱内液面的长度，HS是从箱内液面到循环泵的抽吸口的中心的高度。附图说明[图1]图1示出了氧化还原液流电池的工作原理。[图2]图2是氧化还原液流电池的示意图。[图3]图3是电池单元堆的示意图。[图4]图4是根据实施例的氧化还原液流电池的示意图。[图5]图5是包括在根据该实施例的氧化还原液流电池中的循环机构的示意图。[图6]图6是循环机构的示意图，所述循环机构所设置的抽吸管比图5所示循环机构中的抽吸管短。具体实施方式[本公开要解决的问题]在传统的氧化还原液流电池中，循环泵被布置在电解液箱的一侧，以在电解液箱中循环电解液。这意味着，如果从电解液箱延续至循环泵的管道损坏，则电解液箱中的大部分电解液可能会泄漏。因此，本公开的目的是提供一种氧化还原液流电池，即使从电解液箱延续至循环泵的管道损坏，该氧化还原液流电池也能防止电解液从电解液箱泄漏。[本申请专利技术的实施例的描述]鉴于上述问题，本专利技术人研究了用于将电解液抽吸到电解液箱的上方的构造。为了抽吸电解液，有必要考虑用于循环泵的必需净抽吸压头(NPSHr)以及考虑了抽吸条件的、用于循环泵的可用净抽吸压头(NPSHa)。NPSHr是通过将避免由气蚀引起的泵效率降低所需的最小抽吸压力转换成电解液液面(高度)(m)而获得的值。NPSHr是独立于液体性质等的泵特定值。相比之下，NPSHa是考虑抽吸条件的压头。NPSHa是表示电解液的抽吸期间达到气蚀之前的余量值，并且可以通过下式求出。为避免气蚀现象，需要满足NPSHr<NPSHa：NPSHa(m)＝[(PA-PV)×106/p·g]–HS–Hfs其中：PA是在电解液箱中的箱内液面处施加的绝对压力(MPa)；PV是与循环泵的抽吸口处的温度相对应的电解液的蒸汽压力(MPa)；p是电解液密度(kg/m3)；g是重力加速度(9.8m/s2)；HS是电解液箱中的、箱内液面到循环泵的抽吸口的中心的高度(m)；并且Hfs是抽吸管中的压头损失(m)。注意，Hfs可以通过例如下述达西-威斯巴赫方程(Darcy-Weisbachequation)来确定：压头损失h(m)＝α·λ·(L/d)·(v2/2g)其中：α是安全系数(例如，1.3)；λ是管道摩擦系数；L是管道长度或管道的等效长度(m)；d是管道内径(m)；并且v是电解液流速(m/s)。对于氧化还原液流电池，还必需考虑电解液箱中的电解电解液的利用率。氧化还原液流电池利用电解液中包括的活性材料离子的化学价变化来执行充电和放电。因此，如果用于抽吸电解液的抽吸管在电解液中的浅层开口，则难以在电解液中产生对流，并且不能实现电解液箱中的活性材料的有效使用。为了在电解液中产生对流并提高电解液的利用率，优选的是从电解液中的深层抽吸电解液。但是，随着抽吸管的长度增加，抽吸管损失Hfs增大，NPSHa减小，如上述推导式所示。因此，需要调节抽吸高度HS(也称为实际抽吸压头)，以满足NPSHr<NPSHa。本专利技术人进一步研究了用于抽吸电解液的构造，并且发现：通过限定HS和HL之间的关系，可以减小循环机构中所包括的循环泵的尺寸，并减少用于操作氧化还原液流电池的电力消耗。下面列出并描述了本申请的专利技术的实施例。<1>根据实施例的氧化还原液流电池包括：电池单元；电解液箱，所述电解液箱被构造成存储供应至电池单元的电解液；以及循环机构，所述循环机构被布置在电池单元和电解液箱之间，并且被构造成循环电解液。循环机构包括：抽吸管，所述抽吸管被构造成：将电解液从所述电解液中的、抽吸管的开口端抽吸到电解液箱中的电解液的箱内液面的上方；循环泵，所述循环泵被布置在抽吸管的上端处；挤出管，所述挤出管从循环泵的排出口延续至电池单元；以及回路管，所述回路管从电池单元延续至电解液箱。HL/H0大于或等于0.4并且HS小于或等于HL，其中，H0是从电解液箱的内底表面到箱内液面的高度，HL是从抽吸管的开口端到箱内液面的长度，HS是从箱内液面到循环泵的抽吸口的中心的高度。当电解液从电解液箱循环到电池单元时，电解液被抽吸到箱内液面的上方。通过这样的构造，即使从电解液箱延续到循环泵的抽吸管损伤，电解液也难以从电解液箱泄漏。这是因为抽吸管的损伤破坏了抽吸管的气密性，并且允许重力使抽吸管中的电解液返回到电解液箱中。当从电解液的箱内液面到在电解液中的抽吸管的开口端的距离HL较小时，即，当电解液在箱内液面附近被抽吸时，电解液箱的底侧的电解液倾向于不被使用。因此，即使电解液箱的容量增加，也难以实现提高氧化还原液流电池的小时-速率容量的效果。另一方面，在HL/H0≥0.4的情况下，即，当距离HL与电解液的深度H0的比为40％或更大时，可以在电解液的深层处抽吸电解液，这提高了电解液箱中的电解液的利用率。增加的HL意味着抽吸管和电解液之间的摩擦损失增加。如上所述，NPSHa是通过从理论阈值中减去抽吸高度HS(实际抽吸压头)和抽吸管损失Hfs而获得的值。因此，根据Hfs的增加来调整HS是很重要的。具体地，通过使HS小于或等于HL(HS≤HL)，可以将用于抽吸和循环电解液的循环泵保持在低功率。这可以降低用于操作氧化还原液流电池的电力消耗，并且实现氧化还原液流电池的高效运行。<2>在根据该实施例的氧化还原液流电池的一个方面中，循环泵可以是自吸泵，其具有包括叶轮的泵主体和被构造成用于使所述叶轮旋转的驱动单元，并且泵主体可以被布置在箱内液面的上方。上述构造便于维护循环泵。这是因为，通过停止循环泵以用于维护循环泵，抽吸管中的电解液返回到电解液箱，这免去了将叶轮从电解液中取出的麻烦。然而，取决于循环泵的类型，叶轮可以被布置在电解液中，而驱动单元被布置在电解液的箱内液面的上方。维护这种循环泵的麻烦之处在于将叶轮从电解液中取出。当取出叶轮的时候，电解液可能飞溅。<3>在根据该实施例的氧化还原液流电池的一个方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化还原液流电池，包括电池单元、电解液箱以及循环机构，所述电解液箱被构造成存储供应至所述电池单元的电解液，所述循环机构被布置在所述电池单元与所述电解液箱之间，并且被构造成循环所述电解液，其中，所述循环机构包括：抽吸管，所述抽吸管被构造成：将所述电解液从所述电解液中的、所述抽吸管的开口端抽吸到所述电解液箱中的所述电解液的箱内液面的上方，循环泵，所述循环泵被布置在所述抽吸管的上端处，挤出管，所述挤出管从所述循环泵的排出口延续至所述电池单元，以及回路管，所述回路管从所述电池单元延续至所述电解液箱；并且HL/H0大于或等于0.4并且HS小于或等于HL，其中，H0是从所述电解液箱的内底表面到所述箱内液面的高度，HL是从所述抽吸管的所述开口端到所述箱内液面的长度，HS是从所述箱内液面到所述循环泵的抽吸口的中心的高度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氧化还原液流电池，包括电池单元、电解液箱以及循环机构，所述电解液箱被构造成存储供应至所述电池单元的电解液，所述循环机构被布置在所述电池单元与所述电解液箱之间，并且被构造成循环所述电解液，其中，所述循环机构包括：抽吸管，所述抽吸管被构造成：将所述电解液从所述电解液中的、所述抽吸管的开口端抽吸到所述电解液箱中的所述电解液的箱内液面的上方，循环泵，所述循环泵被布置在所述抽吸管的上端处，挤出管，所述挤出管从所述循环泵的排出口延续至所述电池单元，以及回路管，所述回路管从所述电池单元延续至所述电解液箱；并且HL/H0大于或等于0.4并且HS小于或等于HL，其中，H0是从所述电解液箱的内底表面到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：池内淳夫，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP