一种液流电容储能器及液流电容器储能系统的制作方法

本发明实施例涉及化学电源，尤其涉及一种液流电容储能器及液流电容器储能系统。

背景技术：

1、随着能源技术的发展，例如风能、太阳能等可再生能源的应用，将太阳能、风能转化为电能后，需要储能器将所产生的电能进行储存，并在需要的时候将这些能量释放，但在现有技术中的液流储能电池的输出功率由电堆的大小和数量决定，而储能容量由电解质溶液的浓度和体积决定。

2、因此，为了增加液流储能电池的输出功率需要增大电堆的电极面积和增加电堆的个数，而为了增加液流储能电池的储能容量需要提高电解质的浓度以及电解质溶液的体积来实现，这些调节条件制约了液流储能电池的功率密度和能量密度进一步提高。

技术实现思路

1、本发明提供一种液流电容储能器及液流电容器储能系统，提高储能功率密度，提高了液流电容储能器的比容量。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种液流电容储能器，包括：层叠设置的液流电容储能单元，以及所述层叠设置的液流电容储能单元两端的端板，所述端板用于配合紧固件夹紧密封所述层叠设置的液流电容储能单元；

3、所述液流电容储能单元包括膜电极组件和双极板；所述双极板设置于所述膜电极组件两侧，并与所述膜电极组件密封连接；所述双极板为绝缘且耐腐蚀的材质；

4、所述膜电极组件包括第一电极、第二电极、介质膜、电极框、第一集流体及极耳和第二集流体及极耳；所述电极框用于承载所述第一电极、所述第二电极和所述介质膜，所述第一电极与所述第二电极在所述电极框上关于所述介质膜对称设置，所述介质膜与所述电极框密封连接，所述介质膜用于配合所述双极板分隔所述第一电极侧的第一电解液和所述第二电极侧的第二电解液；所述双极板用于导入所述第一电解液与所述第一电极接触和/或导入所述第二电解液与所述第二电极接触，其中，相邻的所述液流电容储能单元之间共用一个所述双极板；

5、所述第一集流体及极耳与所述第一电极电连接，所述第二集流体及极耳与所述第二电极电连接；所述第一集流体及极耳与第一汇流线连接，所述第二集流体及极耳与第二汇流线连接；所述第一汇流线和所述第二汇流线用于所述液流电容储能器充电或放电过程的电流汇流传输；所述膜电极组件构成一个液流电容器单元；所述液流电容器单元之间形成并联的电气连接。

6、可选的，所述第一电极和所述第二电极为金属基材质、碳基材质或金属基和碳基复合材质的多孔电极。

7、可选的，当所述第一电极与所述第一电解液的反应原理和所述第二电极与所述第二电解液的反应原理相同时，所述第一电解液和所述第二电解液为相同的电解液，记为第三电解液；所述的液流电容储能器采用单液流循环系统；

8、所述单液流循环系统包括第一储液罐和第一循环泵，所述第一储液罐用于存储所述第三电解液；

9、所述第一储液罐的出口端通过管道与所述第一循环泵的输入端连接，所述第一循环泵的输出端分别与所述液流电容储能器的第一电解液入口和第二电解液入口连接，所述第一循环泵用于将所述第三电解液分别导流至所述第一电解液入口和所述第二电解液入口；所述液流电容储能器的第一电解液出口和第二电解液出口通过管道与所述第一储液罐的入口端连接；

10、所述第三电解液经所述第一电解液入口，由第一进液流道进入所述第一电极侧的电极反应区，从所述第一电极侧的电极反应区由第一出液流道流出，最后通过所述第一电解液出口流回所述第一储液罐；所述第三电解液经所述第二电解液入口，由第二进液流道进入所述第二电极侧的电极反应区，从所述第二电极侧的电极反应区由第二出液流道流出，最后通过所述第二电解液出口流回所述第一储液罐。

11、可选的，所述第一电极与所述第一电解液的反应原理和所述第二电极与所述第二电解液的反应原理均为双电层储能原理。

12、可选的，所述第一电极为具有双电层电容器特征的电极，所述第一电解液为所述双电层电容器特征的电极对应的电解液体系；所述第二电极为具有赝电容器特征的电极，所述第二电解液为所述赝电容器特征的电极对应的电解液体系。

13、可选的，当所述第一电极与所述第一电解液的反应原理和所述第二电极与所述第二电解液的反应原理不同时，所述的液流电容储能器在工作时采用双液流循环系统；

14、所述双液流循环系统包括第二储液罐、第三储液罐、第二循环泵和第三循环泵，所述第二储液罐用于存储所述第一电解液，所述第三储液罐用于存储所述第二电解液；

15、所述第二储液罐的出口端通过管道与所述第二循环泵的输入端连接，所述第二循环泵的输出端与所述液流电容储能器的第一电解液入口连接，所述第二循环泵用于将所述第一电解液导流至所述第一电解液入口；所述液流电容储能器的第一电解液出口通过管道与所述第二储液罐的入口端连接；所述第一电解液经所述第一电解液入口，由第一进液流道进入所述第一电极侧的电极反应区，从所述第一电极侧的电极反应区由第一出液流道流出，最后通过所述第一电解液出口流回所述第二储液罐；

16、所述第三储液罐的出口端通过管道与所述第三循环泵的输入端连接，所述第三循环泵的输出端与所述液流电容储能器的第二电解液入口连接，所述第三循环泵用于将所述第二电解液导流至所述第二电解液入口；所述液流电容储能器的第二电解液出口通过管道与所述第三储液罐的入口端连接；所述第二电解液经所述第二电解液入口，由第二进液流道进入所述第二电极侧的电极反应区，从所述第二电极侧的电极反应区由第二出液流道流出，最后通过所述第二电解液出口流回所述第三储液罐。

17、可选的，所述第一电极与所述第一电解液的反应原理采用双电层储能原理，所述第二电极与所述第二电解液的反应原理采用插层储能原理。

18、可选的，所述第一电解液和所述第二电解液为水系电解液或有机系电解液。

19、可选的，所述介质膜包括聚丙烯薄膜、聚偏二氟乙烯膜、纤维素隔膜、聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三层复合隔膜、陶瓷-聚丙烯膜和纳米纤维隔膜中的至少一种。

20、可选的，所述的液流电容储能器，还包括充放电装置，所述充放电装置包括：电源模块、外部负载、电流检测模块和充放电切换开关；

21、所述电流检测模块第一端与所述第一汇流线连接，所述电流检测模块第二端通过所述充放电切换开关分别与所述电源模块和所述负载的第一端连接；所述电源模块和所述负载的第二端均与所述第二汇流线连接；所述充放电切换开关用于在充电过程时，导通所述电源模块第一端与所述电流检测模块第二端之间的通路；在放电过程时，导通负载的第一端与所述电流检测模块第二端之间的通路。

22、可选的，所述的液流电容储能器，还包括旁路开关单元，所述第一集流体及极耳与所述第一汇流线之间设置所述旁路开关单元，所述旁路开关单元用于导通或截止所述液流电容储能单元与所述充放电装置的连接通路。

23、可选的，所述双极板包括第一面和第二面，所述第一面和所述第二面为相对表面，所述第一面上设置有第一进液流道和第一出液流道；所述第二面上设置有第二进液流道和第二出液流道；所述第一电解液通过所述第一进液流道进入第一电极侧的电极反应区，从所述第一电极侧的电极反应区由所述第一出液流道流出；所述第二电解液通过所述第二进液流道进入第恶电极侧的电极反应区，从所述第二电极侧的电极反应区由所述第二出液流道流出。

24、可选的，每一面的电解液分别通过各自流道由所述双极板的下部流入，上部流出，其中，所述第一电解液和所述第二电解液在所述介质膜两侧的所述双极板的电极反应区内的流动方向平行；

25、其中，在水平方向上，所述第一电解液和所述第二电解液在所述介质膜两侧的电极反应区内同向流动或逆向流动。

26、第二方面，本发明实施例提供一种储能系统，包括本发明任意实施例提供的液流电容储能器。

27、本发明实施例提供的技术方案，液流电容储能器由多个液流电容储能单元相互堆叠形成储能电堆，膜电极组件依据不同类型的电极材料的形成对称结构或非对称结构，利用双电层电容或赝电容优势，提高储能功率密度，并且利用液流电容储能器的液流循环，进一步提高第一电极和第二电极的比表面积的利用率，进而提高了液流电容储能器的比容量。