技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及液流電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種液流電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

全釩氧化還原液流電池(簡(jiǎn)稱“釩電池”)是液流電池中的一種，其原理是利用不同價(jià)態(tài)釩離子之間的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存和利用。不同于鉛酸電池、鋰電池等常規(guī)化學(xué)電池，釩電池的反應(yīng)物電解液是獨(dú)立存放于外部?jī)?chǔ)液罐的，充放電時(shí)，電解液通過(guò)耐酸液體泵進(jìn)入電堆內(nèi)部完成電化學(xué)反應(yīng)，再回到儲(chǔ)液罐中形成閉合循環(huán)液流回路。

電解液是液流電池的活性物質(zhì)，直接決定了電池系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量。釩電池采用不同價(jià)態(tài)的釩離子溶液作為電化學(xué)反應(yīng)活性物。其中，正極電解液為四價(jià)釩離子溶液，負(fù)極電解液為等摩爾濃度和等體積的三價(jià)釩離子溶液；或者正負(fù)極均采用等摩爾濃度和等體積的三價(jià)、四價(jià)混合溶液(三價(jià)釩離子濃度：四價(jià)釩離子濃度＝1:1，俗稱“3.5價(jià)電解液”)，通過(guò)在釩電池中的原位電化學(xué)轉(zhuǎn)換，正極電解液轉(zhuǎn)換為四價(jià)釩離子溶液，負(fù)極電解液轉(zhuǎn)換為三價(jià)釩離子溶液。充放電過(guò)程中，釩電池通過(guò)不同價(jià)態(tài)釩離子的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)于釋放，充放電過(guò)程中電池反應(yīng)如下：

正極：

負(fù)極：

在理想充放電情況下(不考慮副反應(yīng))，五價(jià)釩離子的生成量(或消耗量)與二價(jià)釩離子的生成量(或消耗量)相等，因此正極儲(chǔ)液罐中五價(jià)釩離子的摩爾量與負(fù)極儲(chǔ)液罐中二價(jià)釩離子的摩爾量應(yīng)相等，正負(fù)極電解液混合價(jià)態(tài)為3.5價(jià)。但由于釩離子透膜擴(kuò)散以及各種副反應(yīng)，釩電池在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程后，將出現(xiàn)正負(fù)極電解液釩離子總量不匹配，正負(fù)極電解液價(jià)態(tài)失衡(正負(fù)極電解液混合價(jià)態(tài)偏離3.5價(jià))以及正負(fù)極儲(chǔ)液罐中電解液體積失衡等問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)容量持續(xù)衰減，嚴(yán)重影響了電池的使用性能。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)在正極電解液中添加還原劑，使得過(guò)量的五價(jià)釩離子還原為四價(jià)釩離子以校正正不平衡，來(lái)恢復(fù)電池容量；或者向負(fù)極電解液中添加氧化劑，使二價(jià)釩離子轉(zhuǎn)換為三價(jià)釩離子以校正負(fù)不平衡，來(lái)恢復(fù)電池容量；或者同時(shí)在正極電解液中添加還原劑，并在負(fù)極電解液中添加氧化劑，來(lái)恢復(fù)電池容量。上述還原恢復(fù)劑通常為溶液，上述氧化恢復(fù)劑通常為溶液或氣體，通過(guò)流量控制裝置自動(dòng)連續(xù)或間歇的添加到電解液儲(chǔ)罐中。

然而，液流電池系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，存在釩離子定向遷移(造成正極儲(chǔ)液罐釩離子總量高于負(fù)極，或負(fù)極儲(chǔ)液罐釩離子總量高于正極)和正負(fù)極電解液價(jià)態(tài)失衡共同作用導(dǎo)致電解液容量衰減的情況，同時(shí)還還伴隨有水的定向遷移過(guò)程。因此，僅靠在電解液中加入恢復(fù)劑無(wú)法恢復(fù)釩離子定向遷移造成的容量衰減部分，也無(wú)法解決正負(fù)極儲(chǔ)液罐中電解液體積失衡問(wèn)題；此外，加入帶有溶劑的還原劑還會(huì)造成電解液濃度逐步下降，體積逐步增加超過(guò)儲(chǔ)液罐設(shè)計(jì)裝填體積，嚴(yán)重影響電池性能，甚至造成系統(tǒng)崩潰。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種液流電池系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中釩電池在長(zhǎng)期運(yùn)行后系統(tǒng)容量持續(xù)衰減的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種液流電池系統(tǒng)，包括液流電池單元、正極電解液儲(chǔ)罐和負(fù)極電解液儲(chǔ)罐，液流電池單元具有正極入口、正極出口、負(fù)極入口和負(fù)極出口，正極電解液儲(chǔ)罐分別與正極入口和正極出口連通，負(fù)極電解液儲(chǔ)罐分別與負(fù)極入口和負(fù)極出口連通，液流電池系統(tǒng)還包括共混均分模塊，共混均分模塊包括：電解液共混單元，分別與正極出口、負(fù)極出口、正極電解液儲(chǔ)罐的入口和負(fù)極電解液儲(chǔ)罐的入口連通，用于將正極電解液儲(chǔ)罐中的電解液和負(fù)極電解液儲(chǔ)罐中的電解液共混；電解液均分單元，分別與正極電解液儲(chǔ)罐的出口、負(fù)極電解液儲(chǔ)罐的出口、正極入口和負(fù)極入口連通，用于將正極電解液儲(chǔ)罐中的電解液和負(fù)極電解液儲(chǔ)罐中的電解液均分。

進(jìn)一步地，電解液共混單元包括：共混管路，分別與正極出口、負(fù)極出口、正極電解液儲(chǔ)罐的入口和負(fù)極電解液儲(chǔ)罐的入口連通；第一三通閥，分別與正極出口、正極電解液儲(chǔ)罐的入口和負(fù)極電解液儲(chǔ)罐的入口連通；第二三通閥，分別與負(fù)極出口、負(fù)極電解液儲(chǔ)罐的入口和正極電解液儲(chǔ)罐的入口連通。

進(jìn)一步地，電解液均分單元包括：第三三通閥，分別與正極電解液儲(chǔ)罐的出口、正極入口和負(fù)極電解液儲(chǔ)罐的出口連通；第四三通閥，分別與負(fù)極電解液儲(chǔ)罐的出口、負(fù)極入口和連通正極電解液儲(chǔ)罐的出口；均分管路，連通第三三通閥與第四三通閥，以將正極電解液儲(chǔ)罐的出口與負(fù)極電解液儲(chǔ)罐的出口連通。

進(jìn)一步地，液流電池系統(tǒng)還包括：第一液體泵，設(shè)置于第三三通閥與正極入口連通的管路上；第二液體泵，設(shè)置于第四三通閥與負(fù)極入口連通的管路上。