專利名稱：一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儲能電池領(lǐng)域，特別是一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法，其應(yīng)用于全釩液流電池正、負(fù)級價(jià)態(tài)的監(jiān)測以及處理電解液濃度平衡問題。
背景技術(shù)：
據(jù)有關(guān)資料介紹，全釩液流電池與普通蓄電池的活性物質(zhì)被包容在固態(tài)電極之內(nèi)的狀態(tài)不同，全釩液流電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)主要存在于電解液中，因此其使用的含有正、負(fù)極活性物的電解液分別裝在兩個(gè)儲液罐中；全釩液流電池工作時(shí)，含有正、負(fù)極活性物的電解液通過送液泵循環(huán)流過全釩液流電池，全釩液流電池內(nèi)的正、負(fù)極電解液由離子交換膜隔開。正因?yàn)槿C液流電池以釩離子溶液為正、負(fù)極活性物質(zhì)，所以全釩液流電池正極是V(IV)/V(V)電對，而全釩液流電池負(fù)極則是V(III)/V(II)電對，其采用的溶劑為稀硫酸。由此可知，全釩液流電池的正極電解液是V(V)和V(IV)的硫酸溶液，其負(fù)極電解液是 V(III)和V(II)的硫酸溶液。通常，全釩液流電池的電極由活性材料和集流板組成，電對之間的標(biāo)準(zhǔn)電位差一般約為1. 25V。全釩液流電池轉(zhuǎn)換能量的效率比普通蓄電池高，據(jù)申請人所知，全釩液流電池的電壓和電流的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)90%以上，總能量效率也可達(dá)到90%以上。全釩液流電池充放電過程中，其正、負(fù)極釩離子的價(jià)態(tài)是不斷變化的。另外，由于在充放電過程中還存在少量的副反應(yīng)以及水的滲透和釩離子的滲透，鑒于這些現(xiàn)象的存在和持續(xù)發(fā)展有可能影響全釩液流電池安全運(yùn)行，情況嚴(yán)重時(shí)會嚴(yán)重影響全釩液流電池的性能，因此需要對處于工作狀態(tài)下的全釩液流電池的正、負(fù)極不同價(jià)態(tài)的釩離子濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以便保證全釩液流電池的安全運(yùn)行，提高全釩液流電池的壽命。美國專利文獻(xiàn)US20050164075公開的一種涉及全釩液流電池的檢測技術(shù)是，將全釩液流電池電解液在電堆各個(gè)單電池中的價(jià)態(tài)認(rèn)為近似相同的前提，在電堆外，增加一組專門用于檢測全釩液流電池開路電位的電池。讓電解液同時(shí)流過電堆和測試電池，通過測量測試電池得到的開路電壓，來判斷電解液的荷電狀態(tài)。中國專利申請?zhí)?00910089527. 5公開的技術(shù)是，利用電解液完全充放電出現(xiàn)的電位突越時(shí)間對電解液綜合價(jià)態(tài)進(jìn)行測試，包括步驟a)獲得釩電池的電解液電位的突變時(shí)間，所述突變時(shí)間包括正極電解液電位的第一突變時(shí)間tl和負(fù)極電解液電位的第二突變時(shí)間t2 ；b)利用所述第一突變時(shí)間tl和第二突變時(shí)間t2根據(jù)公式FMV/nl = (t2_tl)/ (加-7)，得到電解液綜合價(jià)態(tài)a，公式中a為電解液綜合價(jià)態(tài)；M為電解液總釩濃度，單位為 M0L/L ；V為電解液罐裝體積，單位為L ；η為釩電池的單電池?cái)?shù)目，單位為個(gè)；I為釩電池的充電電流，單位為A ；F為法拉第常數(shù)。申請人:在研究中發(fā)現(xiàn)，上述的現(xiàn)有技術(shù)都是利用測量電位來監(jiān)測正、負(fù)極釩離子價(jià)態(tài)濃度比值的變化，即監(jiān)測全釩液流電池的充放電狀態(tài)(SOC)，卻不能監(jiān)測釩離子濃度的變化。因此需要一種新的監(jiān)測方法，這種新的監(jiān)測方法應(yīng)該做到不僅可以在線監(jiān)測電池的充放電的狀態(tài)，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測正、負(fù)極電解液中釩離子濃度的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，進(jìn)行改進(jìn)，提供一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，采用參比電極，工作電極，電位滴定儀，電位測試儀，參比電極和工作電極分別與電位測試儀配接，其特征在于，在線監(jiān)測全釩液流電池的充放電態(tài)，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測正、負(fù)極電解液的釩離子濃度，包括如下步驟1)電位監(jiān)測在全釩液流電池的正極儲液罐的進(jìn)液口、負(fù)極儲液罐的進(jìn)液口分別安裝參比電極和工作電極，組成工作電極對，參比電極和工作電極與電位測試儀配接，電位測試儀通過與其配接的參比電極和工作電極實(shí)時(shí)監(jiān)測全釩液流電池的正極電位和負(fù)極電位的變化，由得到的測試電位，根據(jù)有關(guān)電位計(jì)算公式可以得到電池的充放電態(tài)；2)釩離子濃度監(jiān)測采用電位滴定法，定時(shí)從正極儲液罐或負(fù)極儲液罐中取供監(jiān)測用的電解液，往電位滴定儀上的燒杯中注入電解液0. Ι-lmL，用高錳酸鉀溶液氧化低價(jià)釩離子之后，再用亞硝酸納還原過量的高錳酸鉀，使用滴定劑，通過電位滴定儀進(jìn)行電位滴定，得到釩離子濃度。其特征在于，電位監(jiān)測中參比電極選用硫酸亞汞參比電極。其特征在于，工作電極采用鉬片電極或鉬絲電極。其特征在于，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測正、負(fù)極電解液釩離子濃度時(shí)，電位滴定儀上的燒杯與全釩液流電池正、負(fù)極儲液罐的進(jìn)液口配連。其特征在于，電位滴定法所使用的滴定劑為硫酸亞鐵銨或重鉻酸鉀。其特征在于，滴定劑裝在儲液瓶中。其特征在于，電位滴定中監(jiān)測用的電解液通過微量進(jìn)樣控制器注入電位滴定儀上的燒杯中。其特征在于，儲液瓶為棕色瓶。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)監(jiān)測方法簡單、方便、容易操作控制；本發(fā)明提供的監(jiān)測方法具有很高的精確度；也不會污染全釩液流電池的電解液；本發(fā)明不僅可以在線監(jiān)測全釩液流電池的充放電態(tài)，還可以通過定時(shí)監(jiān)測全釩液流電池正、負(fù)極電解液中的釩離子濃度的變化，監(jiān)測正、負(fù)極充放電態(tài)是否一致。


圖1、本發(fā)明的測試方法示意2、本發(fā)明采用的電位滴定裝置示意圖
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。如圖1、圖2所示，本發(fā)明具體按以下方式進(jìn)行。1、電位監(jiān)測在全釩液流電池的正極儲液罐的進(jìn)液口、負(fù)極儲液罐的進(jìn)液口 1分別安裝參比電極7和工作電極6，組成工作電極對，其中參比電極7采用硫酸亞汞電極，工作電極6采用鉬片電極或鉬絲電極，組成工作電極對，用電位測試儀5實(shí)時(shí)監(jiān)測全釩液流電池的正極電位、負(fù)極電位的變化。在充放電過程中，全釩液流電池的正、負(fù)極反應(yīng)分別為正極電對V(V)/V (IV)
權(quán)利要求
1.一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法，采用參比電極，工作電極，電位滴定儀，電位測試儀，參比電極和工作電極分別與電位測試儀配接，其特征在于，在線監(jiān)測全釩液流電池的充放電態(tài)，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測正、負(fù)極電解液的釩離子濃度，包括如下步驟1)電位監(jiān)測在全釩液流電池的正極儲液罐的進(jìn)液口、負(fù)極儲液罐的進(jìn)液口(1)分別安裝參比電極(7)和工作電極(6)，組成工作電極對，參比電極(7)和工作電極(6)與電位測試儀(5)配接，電位測試儀(5)通過與其配接的參比電極(7)和工作電極(6)實(shí)時(shí)監(jiān)測全釩液流電池的正極電位和負(fù)極電位的變化，由得到的測試電位，根據(jù)有關(guān)電位計(jì)算公式可以得到電池的充放電態(tài)；2)釩離子濃度監(jiān)測采用電位滴定法，定時(shí)從正極儲液罐或負(fù)極儲液罐中取供監(jiān)測用的電解液，往電位滴定儀(4)上的燒杯(3)中注入電解液0. Ι-lmL，用高錳酸鉀溶液氧化低價(jià)釩離子之后，再用亞硝酸納還原過量的高錳酸鉀，使用滴定劑，通過電位滴定儀(4)進(jìn)行電位滴定，得到釩離子濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法，電位監(jiān)測中參比電極(7)選用硫酸亞汞參比電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法，其特征在于，工作電極(6)采用鉬片電極或鉬絲電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法，其特征在于，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測正、負(fù)極電解液釩離子濃度時(shí)，電位滴定儀⑷上的燒杯⑶與全釩液流電池正、負(fù)極儲液罐的進(jìn)液口(1)配連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法，其特征在于，電位滴定法所使用的滴定劑為硫酸亞鐵銨或重鉻酸鉀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法，其特征在于，滴定劑裝在儲液瓶(9)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法，其特征在于，電位滴定中監(jiān)測用的電解液通過微量進(jìn)樣控制器( 注入電位滴定儀(4)上的燒杯 (3)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法，其特征在于，儲液瓶⑶)為棕色瓶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于全釩液流電池在線監(jiān)測釩離子濃度的方法，其包括如下步驟1)電位監(jiān)測在全釩液流電池的正、負(fù)極儲液罐的進(jìn)液口安裝參比電極和工作電極，電位測試儀通過與其配接的參比電極和工作電極實(shí)時(shí)監(jiān)測全釩液流電池的正極電位和負(fù)極電位的變化，由得到的測試電位，根據(jù)有關(guān)電位計(jì)算公式可以得到電池的充放電態(tài)；2)釩離子濃度監(jiān)測采用電位滴定法，使用滴定劑，通過電位滴定儀進(jìn)行電位滴定，得到釩離子濃度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，監(jiān)測方法簡單、方便、容易操作控制，具有很高的精確度，不會污染電池的電解液；不僅可以在線監(jiān)測電池的充放電態(tài)，還可以通過定時(shí)監(jiān)測電池正、負(fù)極電解液釩離子濃度的變化，監(jiān)測正、負(fù)極充放電態(tài)是否一致。
文檔編號G01R31/36GK102279218SQ20111005347
公開日2011年12月14日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者劉納, 劉飛, 李愛魁, 杜忠東, 羅傳仙, 陳家宏, 陳軒恕 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司