便携式全钒液流电池电解液平衡度的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种便携式全钒液流电池电解液平衡度的测试方法。所述方法包括如下步骤：步骤1：绘制吸光度‑浓度标准工作曲线；步骤2：分别同时取样正极电解液和负极电解液，等体积混合，氧化还原反应结束后得到混合溶液A；步骤3：采用便携式紫外可见分光光度计，得到所述混合溶液A中三价钒离子的浓度C

Test method for electrolyte balance of portable all vanadium liquid flow battery

【技术实现步骤摘要】
便携式全钒液流电池电解液平衡度的测试方法
本专利技术涉及一种便携式全钒液流电池电解液平衡测试方法，尤其涉及到采用便携式装置进行检测进而获得电解液平衡数据的方法，属于液流电池电解液检测

技术介绍
为了实现可持续发展，改善能源环境，人类开始大规模利用风能、太阳能等新能源，然而，由于新能源发电的不稳定性，在并网时对电网冲击较大。因此，一种可以用来平复电力波动，维持功率平衡的大规模储能系统应运而生，其中全钒液流电池具有效率高、寿命长、容量大、可深度充放电等优势，是现有主要的大规模储能装置之一。全钒液流电池采用V(II)/V(III)和V(IV)/V(V)作为氧化还原电对，在充电/放电过程中完成不同价态的钒离子相互转化和电能的存储与释放。为了保证全钒液流电池的容量最大化，正负极电解液需要维持平衡状态，即正负极电解液中对应的进行氧化反应和还原反应的钒离子数量一样，比如，当电池系统充电量(SOC)为0时，正极电解液中的VO2+和负极电解液中的V3+数量需要一致或接近，当电池系统充电量(SOC)为100％时，正极电解液中的VO2+和负极电解液中的V2+数量需要一致或接近。理想情形下全钒液流电池正负极电解液的荷电状态是一致的，然而由于钒离子和水分子的跨膜迁移、负极电解液的析氢反应和氧化反应等，导致正负极电解液在长期运行中荷电状态不一致。如果正负极电解液中钒离子的比例失去平衡，则电池系统的电容量就会下降，导致电池存储能量下降，更为重要的是，失去平衡的电解液必然会引发其他副反应，比如有害气体的产生，电极的腐蚀等，而最终极有可能使整个电池系统报废。因此，全钒液流电池正负极电解液平衡状态的实时监测可以为长期运行的钒电堆电解液的维护管理工作提供指导作用，保证电堆的安全稳定运行。目前，全钒液流电池电解液平衡测试方法主要分为两类：(1)利用标准电极分别测量正负电解液的相对电位，即OCV数值；根据正负极电解液分别的SOC-OCV曲线，得到其各自对应的SOC数值；比较两者SOC数值，可得到整体电解液的平衡数据[引用文献1-2]；(2)绘制吸光度-钒离子浓度的标准工作曲线；利用紫外可见分光光度计分别对稀释后的正负极电解液进行光谱扫描，得到V3+和VO2+特征吸收峰的吸光度，再配合标准工作曲线得到V3+和VO2+的浓度；根据V3+和VO2+的浓度计算得到整体电解液的平衡数据[引用文献3]。这两种技术均可以比较快速准确的测得电解液的平衡数据，但均需要在实验室环境下，利用实验室完善的实验设备进行测试。但是，对于为了配合光伏发电和风能发电的电能存储而建设的全钒液流电池系统来说，由于它们的实际运行场所一般处于偏远地区，周围很可能缺少必要的实验测试设备，以上两种测试方法往往不具备实际操作可行性。可以看出，现有技术中，虽然对于监测全钒液流电池的正负极电解液的平衡问题进行了一定的研究，但对于检测方法便捷性或检测装置便携性的研究并不能说是充分的。引用文献1：CN104345278A引用文献2：CN107422267A引用文献3：CN102621085A
技术实现思路
专利技术要解决的问题针对以上现有技术中所存在的检测方法不够便捷，需要在实验室条件下才能进行的问题，而在此过程中，实际上，从取样到检测需要耗费一定的时间，在这个期间，不断运行的液流电池的状况实际也在发生着变化。而检测结果得出后，其所能够得到结论往往与此时的液流电池的实际状况存在着差异。进一步，根据实验室测试的数据对液流电池的运行状况进行评估或干预，则这种评估或干预往往已经错过最佳时间窗口，也会导致虽然消耗了人力和物力，但对液流电池工作的实际状况的改进仍然不十分充分。因此，目前检测的时效性、准确性和便捷性是不充分的。本专利技术提供一种全钒液流电池便携式电解液平衡测试方法，所述方法涉及到的检测装置及药品便于携带，使得所述方法适合在液流电池的实际运行场所进行，并且所得到的结果能够及时、准确的反馈运行中液流电池的真实状况。用于解决问题的方案本专利技术使用以下技术方案解决上述技术问题：本专利技术首先提供一种全钒液流电池电解液平衡测试方法，包括如下步骤：步骤1：(在实验室环境下)配置一系列已知浓度三价钒离子标准溶液，采用紫外可见分光光度法，得到吸光度-浓度标准工作曲线，此曲线可作为今后检测中的标准曲线，用于进行三价钒离子浓度和电解液总体平衡度的计算；步骤2：分别同时取样正极电解液和负极电解液，等体积混合，氧化还原反应结束后得到混合溶液A；步骤3：采用便携式紫外可见分光光度计对所述混合溶液A进行波长扫描，配合步骤1所述标准工作曲线，得到所述混合溶液A中三价钒离子的浓度CV3+；步骤4：向所述混合溶液A中加入还原剂，得到混合溶液B，所述还原剂的量为足以使得混合液B中的四价钒离子全部被还原的量，在加入所述还原剂后，所述还原剂将所述混合溶液B中的全部四价钒离子还原为三价钒离子。最终得到的电解液是V3+/V2+混合溶液。以还原剂开始加入时刻为起点，每间隔单位时间，采用便携式紫外可见分光光度计对所述混合溶液B进行波长扫描，配合步骤1所述标准工作曲线，得到测试时间内所述混合溶液B中三价钒离子的最大浓度Cm，所述混合溶液A中四价钒离子的浓度为CVO2+，CVO2+＝Cm-CV3+；步骤5：计算整体电解液的非平衡程度K，K＝(CVO2+-CV3+)/(CVO2++CV3+)。根据以上所述的方法，所述步骤2中，在任意荷电状态SOC时取样，优选在荷电状态SOC为0时取样。根据以上所述的方法，所述步骤2中，所述混合溶液A是三价钒离子和四价钒离子的混合溶液。根据以上所述的方法，所述步骤3中，所述便携式紫外可见分光光度计的工作波长为350-500nm。根据以上所述的方法，所述方法还包括：在所述步骤2和所述步骤3之间，对所述混合溶液A进行稀释。根据以上所述的方法，所述步骤4中，所述还原剂为金属还原剂，优选为金属锌。根据以上所述的方法，所述步骤4中，所述单位时间为30s-90s，优选为40s-70s。专利技术的效果本专利技术所提供的全钒液流电池电解液平衡测试方法具有如下的优异效果：(1)本专利技术所提供的测试方法操作简单、快速便捷，可以在缺乏完备的实验室条件的情况下，实现对全钒液流电池电解液平衡数据的测试，具有实地性、及时性，同时兼顾准确性。(2)使用的检测装置及药品便于携带，有利于在非实验室条件下随时进行实地检测。(3)本专利技术提供的检测方法有利于长时间准确检测液流电池的运行状况，并在液流电池电解液出现不平衡问题时能够缩短处理时间，使得应对措施更为有针对性。具体实施方式以下，将对用于实施本专利技术的方式进行详细的说明。本专利技术提供了一种便携式全钒液流电池电解液平衡度的测试方法。所述方法包括如下步骤：步骤1：配置一系列已知浓度三价钒离子标准溶液，采用紫外可见分光光度法，得到吸光度-浓度标准工作曲线。此曲线可以在实验室条件下预先进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式全钒液流电池电解液平衡度的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：配置一系列已知浓度三价钒离子标准溶液，采用紫外可见分光光度法，得到吸光度-浓度标准工作曲线；/n步骤2：分别同时取样正极电解液和负极电解液，等体积混合，氧化还原反应结束后得到混合溶液A；/n步骤3：采用便携式紫外可见分光光度计对所述混合溶液A进行波长扫描，配合所述标准工作曲线，得到所述混合溶液A中三价钒离子的浓度C

【技术特征摘要】
1.一种便携式全钒液流电池电解液平衡度的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：配置一系列已知浓度三价钒离子标准溶液，采用紫外可见分光光度法，得到吸光度-浓度标准工作曲线；
步骤2：分别同时取样正极电解液和负极电解液，等体积混合，氧化还原反应结束后得到混合溶液A；
步骤3：采用便携式紫外可见分光光度计对所述混合溶液A进行波长扫描，配合所述标准工作曲线，得到所述混合溶液A中三价钒离子的浓度CV3+；
步骤4：向所述混合溶液A中加入还原剂，得到混合溶液B，所述还原剂的量为足以使得混合溶液B中的四价钒离子全部被还原的量，
以还原剂开始加入时刻为起点，每间隔单位时间，采用便携式紫外可见分光光度计对所述混合溶液B进行波长扫描，配合所述标准工作曲线，得到测试时间内所述混合溶液B中三价钒离子的最大浓度Cm，所述混合溶液A中四价钒离子的浓度为CVO2+，CVO2+＝Cm-CV3+；
步骤5：计算整体电解液的非平衡程度K，K＝(CVO2+-...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖革，王瑾，郑晓昊，
申请(专利权)人：江苏泛宇能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32