一种溶解-沉积型金属空气液流电池SOC的在线监测方法技术

本发明专利技术公开了一种溶解

【技术实现步骤摘要】
一种溶解
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沉积型金属空气液流电池SOC的在线监测方法


[0001]本专利技术属于金属空气液流电池领域，尤其涉及一种溶解
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沉积型金属空气液流电池SOC的在线监测方法。

技术介绍

[0002]金属空气液流电池是一种新型的电化学储能技术，具有高效、环保、功率和容量相互独立等优点，在中小型移动电源、小型便携式电子装置的电源及水下军用装置的电源等领域有广泛的应用。溶解
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沉积型金属空气液流电池是一类新型的液流电池，充放电过程中活性物质在多孔电极沉积和在支持电解质中溶解的固液物相变化。因而，不同荷电状态(SOC)条件下，由于活性物质在电极表面的沉积数量不同，会造成电解液浓度差异，进而影响储液罐内电解液质量。即，溶解
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沉积型金属空气液流电池储液罐质量信息，可用于溶解
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沉积型金属空气液流电池的SOC在线监测。
[0003]SOC在数值上等于剩余电量与电池理论电量的比值，其监测精度是电池管理系统的重要技术指标，对电池的整体性能、使用寿命和安全性都有重要影响。现有的SOC监测方法主要是安时积分法、开路电压法和内阻法。安时积分法是在电池进行充电或放电时,通过累积充进或放出的电量来估算电池的SOC，一方面存在长期累计的误差，另一方面由于沉积金属的自腐蚀和自放电，损失一部分电量，导致其无法体现金属空气液流电池真实的SOC。开路电压法根据电池的开路电压与电池内部活性物质浓度之间的变化关系，间接地拟合出它与电池SOC之间的一一对应关系，此方法一方面需要长时间静置电池或电池组，另一方面由于不同SOC条件下，金属空气电池开路电压差异极小，导致开路电压法监测SOC误差较大。内阻法存在着估算内阻的困难，在硬件上难以实现的问题。
[0004]由于溶解
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沉积型金属空气液流电池电极表面活性物质的沉积与溶解变化反映活性物质浓度变化的信息，直接对应储液罐内电解液的质量差异，采用此方法监测电池SOC设备简单，避免开路电压差异不明显和内阻估算困难的问题，并可有效避免金属自腐蚀和自放电引起的监测偏差，从而提高SOC监测精度。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对溶解
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沉积型金属空气液流电池SOC监测困难和监测偏差较大的问题，本专利技术提出一种溶解
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沉积型金属空气液流电池SOC的在线监测方法，避免开路电压差异不明显和内阻估算困难的问题，并可有效避免金属自腐蚀和自放电引起的监测偏差，从而提高SOC监测精度。
[0006]技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种溶解
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沉积型金属空气液流电池SOC的在线监测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、组装溶解
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沉积型金属空气液流电池系统，包括液流电池装置和电解液储罐，两者通过管路和循环泵相连通，液流电池装置包括正极、负极、隔膜及固定夹板，其中正极和负极均使用惰性多孔电极，电解液储罐处安装称量装置；
[0008]步骤2、向电解液储罐注入放电态电解液，记录注入电解液的体积V0，并计算电池理论容量C0＝FzV0c/3600，其中F为法拉第常数，z为电极反应的电荷数，c为电解液中活性物质的初始浓度，3600为小时和秒的换算进率；
[0009]步骤3、启动循环泵，储罐内的电解液通过循环泵进入管道和液流电池装置，储罐内的电解液液面下降，体积减少，等到液面稳定，储罐内电解液体积不再变化，记录此时液面的高度，根据储罐的横截面积计算此时储罐内溶液体积V1并记录此时(SOC＝0)储罐质量m0；
[0010]步骤4、将电池以一定充放电制度运行，任意时刻t记录储罐质量m
t
，此时储罐质量与SOC为0时的质量差Δm＝m0‑
m
t
(单位：g)；
[0011]步骤5、时刻t的SOC状态下储罐的质量差是由于活性物质沉积在电池中的多孔电极表面引起；根据法拉第定律：Q＝zξF，Q为电量，ξ为反应进度(沉积或溶解的物质的量)，F为法拉第常数，结合储液罐质量差，通过下式计算得到时刻t的SOC，从而实现SOC的在线监测。
[0012][0013]其中：M为沉积物摩尔质量，单位g/mol；C0为电池理论容量，单位Ah。
[0014]进一步的，步骤1所述的溶解
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沉积型金属空气液流电池，包括锌基空气液流电池、锡基空气液流电池、铁基空气液流电池、锰基空气液流电池、铅基空气液流电池、镍基液流空气电池、锂基液流空气电池、镁基液流空气电池以及以上电池的组合。
[0015]进一步的，步骤1所述的多孔电极，包括碳毡电极、石墨毡电极、碳纤维电极或上述电极经过改性、修饰或者复合而获得的电极。
[0016]进一步的，步骤2所述的电解液，指有机电解液或无机电解液中的一种。
[0017]进一步的，步骤4所述的充放电制度，包括恒流充放电、恒压充放电、恒功率充放电、恒阻充放电或以上四种的组合。
[0018]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益的技术效果：
[0019]本专利技术利用溶解
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沉积型金属空气液流电池充电过程中储液罐质量的变化进行SOC在线监测，实质是利用活性物质物相变化引起的储液罐质量变化，建立与SOC的对应关系，因此可直接对应活性物质的反应进度，避免开路电压差异不明显和内阻估算困难的问题，并可有效避免金属自腐蚀和自放电引起的监测偏差，从而提高SOC监测精度。
附图说明
[0020]图1是溶解
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沉积型金属空气液流电池的结构图(循环泵启动前)；
[0021]图2是溶解
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沉积型金属空气液流电池的结构图(循环泵启动后)；
[0022]其中，
①
电池负极；
②
隔膜；
③
电池正极；
④
固定夹板；
⑤
电解液储罐；
⑥
电解液；
⑦
称量装置；
⑧
循环泵；
⑨
液流电池装置。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0024]本专利技术所述的溶解
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沉积型金属空气液流电池SOC的在线监测方法，具体实现包括以下步骤：
[0025]步骤1、组装溶解
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沉积型锌空气液流电池系统，如图1所示，包括液流电池装置和电解液储罐，两者通过管路和循环泵相连通，液流电池装置包括正极、负极、隔膜及固定夹板，其中正极和负极均使用惰性多孔电极，电解液储罐处安装称量装置；
[0026]步骤2、向电解液储罐注入1L放电态电解液，电解液组成为6mol/L KOH+2mol/LZnCl2，记录注入电解液的体积V0＝1L，并计算电池理论容量C0＝FzV0c/3600＝96485
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溶解
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沉积型金属空气液流电池SOC的在线监测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、组装溶解
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沉积型金属空气液流电池系统，包括液流电池装置和电解液储罐，两者通过管路和循环泵相连通，液流电池装置包括正极、负极、隔膜及固定夹板，其中正极和负极均使用惰性多孔电极，电解液储罐处安装称量装置；步骤2、向电解液储罐注入放电态电解液，记录注入电解液的体积V0，并计算电池理论容量C0＝FzV0c/3600，其中F为法拉第常数，z为电极反应的电荷数，c为电解液中活性物质的初始浓度；步骤3、启动循环泵，储罐内液面高度不再变化后，记录液面高度，根据储罐的横截面积计算此时储罐内电解液体积V1，并记录此时即SOC＝0时储罐质量m0；步骤4、将电池以一定充放电制度运行，任意时刻t记录储罐质量m
t
，此时储罐质量与SOC为0时的质量差Δm＝m0‑
m
t
；步骤5、时刻t的SOC状态下储罐的质量差根据法拉第定律：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈富于，陈晖，丁鹏飞，王洪博，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：