一种高浓度全钒电池的电堆运行策略制造技术

本发明专利技术公开了一种高浓度全钒电池的电堆运行策略，涉及高浓度全钒电池电解液运行技术领域。本发明专利技术采用浓度大于2mol/L的全钒电解液；还包括电堆防堵步骤：依次由一次小电流深度放电、一至四次小电流充电深度放电与一次小功率充放电和一次满功率充放电组成。功率充放电和一次满功率充放电组成。

【技术实现步骤摘要】
一种高浓度全钒电池的电堆运行策略


[0001]本专利技术涉及高浓度全钒电池电解液运行
，具体的说，是一种高浓度全钒电池的电堆运行策略。

技术介绍

[0002]全钒电池以其能量转换效率高、使用寿命长、容量可根据用户要求调节、高安全性和环境友好等优点而成为风能、太阳能等可再生能源和电能削峰、填谷等规模化储能最有发展前景的方法之一。全钒电池通常由电解液、电极、储液罐等组成，影响其性能的因素较多，但电解液的性能影响最为明显。由于全钒电池越来越向大规模、大容量发展，因而电解液也想着高浓度发展。
[0003]然而，当电解液五价钒离子浓度较高时，一方面充放电过程会产生更大的热量，促使五价钒离子的自身聚合，导致结晶，影响电解液的稳定性；另一方面，在高浓度全钒电解液使用的过程中，由于五价钒离子的浓度过高，在较高温度的状态下，会在正极附近的管道上附着大量锈黄色附着物，在电堆的碳毡和流到上形成绿色胶状物，从而造成整个电池系统的电解液流量大幅降低，影响充放电的效率。
[0004]而在高浓度全钒电解液实际使用过程中，为了保证电解液维持在较低的温度，避免因为堵塞而造成电解液流量降低的情况，都是采用加大也冷的方式进行，这样不可避免的会让冷却设备消耗更多的能量，造成能耗增加。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高浓度全钒电池的电堆运行策略，以解决现有的高浓度全钒电解液，在高于45℃运行时，电解液出现沉淀而造成充放电过程中电解液流量降低的问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术采用以下技术手段：一种高浓度全钒电池的电堆运行策略，采用浓度大于2mol/L的全钒电解液；还包括电堆防堵步骤：依次由一次小电流深度放电、一至四次小电流充电深度放电与一次小功率充放电和一次满功率充放电组成。
[0007]作为优选的，所述小电流深度放电采用3~10A电流进行放电，放电中止电压为0V。
[0008]进一步的，所述小电流充电深度放电采用60 mA/cm2
‑
80 mA/cm2电流进行恒压充电。
[0009]更进一步的，所述小电流充电深度放电的充电程度至正常容量的50%~60%。
[0010]更进一步的，所述小电流充电深度放电的放电过程采用的放电电流为10A，截止电压为0V。
[0011]更进一步的，在进行小功率充放电前，需要对正负极的电解液液位进行调平操作。
[0012]更进一步的，所述小功率充放电用最大电流密度70%~75%的恒压进行充电，并用满功率的55%~65%进行放电。
[0013]更进一步的，所述满功率充放电的充电过程采用313V恒压充电，所述满功率充放电的放电过程采用最大功率放电，中止电压设为192V，且放电过程电解液温度保持在40℃~43℃。
[0014]更进一步的，在所述小功率充放电与所述满功率充放电之间还设有电堆反洗作业，所述电堆反洗作业包括依次进行的空气反洗和去离子水洗。
[0015]更进一步的，所述空气反洗利用排气量为2m3/min，排气压力为80kPa的空压机进行；所述去离子水洗采用扬程为15m，流量为60L/min的磁力泵进行。
[0016]本专利技术在使用的过程中，具有以下有益效果：在高浓度电解液运行的过程中，因为充放电放热而造成体系温度升高后，在一段时间的使用后，正极电解液流经的管道附近会出现锈黄色的五氧化二钒沉淀，而负极电解液流经电堆内后，会在碳毡和流道内产生大量的胶状硫酸氧钒沉淀，从而将电堆中的碳毡和流道堵塞。前述的两者结合后造成正极和负极的电解液流量大幅降低，影响充放电的效率。而本申请在小电流深度放电后能够将前述产生的沉淀完全消解。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
[0018]因此，以下对本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
[0020]一种高浓度全钒电池的电堆运行策略，采用浓度大于2mol/L的全钒电解液；还包括电堆防堵步骤：依次由一次小电流深度放电、一至四次小电流充电深度放电与一次小功率充放电和一次满功率充放电组成。
[0021]前述的防堵步骤即为电池运行一段时间后，通过特定的操作，将使用运行过程中电解液产生的沉淀物消融，避免电解液因为高温运行而出现非结晶而造成的堵塞。
[0022]在小电流深度放电的过程中，因为高温充电而造成的正极钒离子由离子键转化而成的共价键，会在小电流深度放电过程中遭到破坏，转化为离子键。然后再第二步的小电流充电深度放电的过程中，让在第一步中破坏共价键而形成的离子键得到电子由五价转化为四价，从而消除正极电解液中所形成的沉淀。然后再第三步的小功率充放电的过程中，对电堆内碳毡和管道中堵塞的胶状硫酸氧钒混合物进行激活，完成激活后，利用第四部的满功率放电，将胶状的硫酸氧钒进行溶解。于此同时，负极同时因为运行而产生的三氧化二钒，同样能够因为失去电子而形成三价钒离子。通过最后两次充放电过程，让负极电解液因为运行而产生的大量胶状硫酸氧钒和少量三氧化二钒完全溶解，从而对整个电池系统进行疏通。
[0023]具体的说，所述小电流深度放电采用3A~10A电流进行放电，放电中止电压为0V，最
优放电电流选择为3A，其主要作用用于对除沉体系进行活化。
[0024]然后，所述小电流充电深度放电采用60 mA/cm2
‑
80 mA/cm2电流进行恒压充电，并且，前述的小电流充电深度放电的充电程度至正常容量的50%~60%。优选的，小电流充电深度放电采用70mA/cm2的电流进行恒压充电，并充电至正常容量的60%，小电流充电深度放电的放电过程采用的放电电流为10A，截止电压为0V。
[0025]在实际操作的过程中，小于60mA/cm2的电流难以在高浓度体系将体系活化，因为无法将前述的共价键破坏而造成清除沉淀的效果不佳。而当电流大于80mA/cm2时，会因为钒离子浓度较高，而造成正极电解液发生络合从而造成形成大量絮状物，具体的则为加速了五价钒离子向四价钒离子的转化，从而造成絮状沉淀。而当电流大于100mA/cm2后，产生的络合物又会溶解，但当电流大于100mA/cm2时，会严重影响小电流对共价键的破坏，从而造成优先对体系中原有的五价钒离子进行转换，从而无法实现消融沉淀破坏体系中共价键的作用。
[0026]进一步的，在进行小功率充放电前，需要对正负极的电解液液位进行调平操作。
[0027]再者，所述小功率充放电用最大电流密度70%~75%的恒压进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高浓度全钒电池的电堆运行策略，其特征在于：采用浓度大于2mol/L的全钒电解液；还包括电堆防堵步骤：依次由一次小电流深度放电、一至四次小电流充电深度放电与一次小功率充放电和一次满功率充放电组成。2.根据权利要求1所述的一种高浓度全钒电池的电堆运行策略，其特征在于：所述小电流深度放电采用3~10A电流进行放电，放电中止电压为0V。3.根据权利要求1所述的一种高浓度全钒电池的电堆运行策略，其特征在于：所述小电流充电深度放电采用60 mA/cm2
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80 mA/cm2电流进行恒压充电。4.根据权利要求3所述的一种高浓度全钒电池的电堆运行策略，其特征在于：所述小电流充电深度放电的充电程度至正常容量的50%~60%。5.根据权利要求3或4所述的一种高浓度全钒电池的电堆运行策略，其特征在于：所述小电流充电深度放电的放电过程采用的放电电流为10A，截止电压为0V。6.根据权利要求1所述的一种高浓度全钒电池的电堆运行策略，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：许刚，雷洪，刘移山，汤森博，
申请(专利权)人：四川化工集团有限责任公司成都工程分公司，
类型：发明
国别省市：