专利名称：一种隔膜四价钒离子渗透率的测试方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及钒电池领域，具 体为一种钒电池所用隔膜钒(IV )离子渗透率的测试方法和装置。
背景技术：
开发风能、太阳能等新能源是解决能源资源短缺的重要途径，代表着能源未来发展的方向。但受制于时间和地域依赖性，离网的风能、太阳能发电必须使用储能系统，否则很难全天候利用；而直接并网也必须采用储能系统对电网进行调峰和调频，否则会对电网功率和频率带来较大的冲击。因此，高效、大规模的能量存储技术就成为其发展应用的关键核心。I凡电池(I凡氧化还原液流电池/Vanadium redox flow battery)是基于V02+/V02+与V2+/V3+电对的液流储能电池技术，能量存储于电解液中。与传统的蓄电池相比，钒电池可大电流快速充放电、自放电率低，实现能量的大容量存储，是满足智能电网以及风能、太阳能发电对大规模储能需求的理想储能形式。我国丰富的钒资源优势也为发展钒电池储能技术提供了条件。钒电池在国内外的研究和应用已经取得了长足的进步和发展，一批示范工程也已经建立并稳定运行，显示了良好的应用前景。隔膜(质子交换膜)是钒电池的关键材料与重要组件之一，既是电解质离子的导电传输通道，又起到分隔正负极、防止电池短路的作用。因此，隔膜在很大程度上决定着钒电池的库仑效率、能量效率以及循环寿命。一种良好的质子交换膜应具备良好的化学稳定性、耐电化学氧化性、低成本低、以及低钒离子渗透性。其中，钒离子渗透性是评价隔膜性能的重要因素之一，因为全钒液流电池中正负半电池电解液中不同价态的钒离子相互扩散，交叉污染所引起的自放电是电池能量损失的主要原因。是评估电池综合电化学性能的必要因素，它直接影响电池的电流效率和能量效率。但目前对钒离子渗透性的测试多是采用静止或用磁力器搅拌左右两侧的溶液，尽管磁力器搅拌相对于静止方法来说，膜两侧离子扩散极化层厚度有所减�。ひ航缑嬷土舨愕暮穸热匀缓艽�。因此，要更大程度的减小或消除膜两侧离子扩散极化层，提供准确测试钒离子在离子交换膜中的渗透性的方法是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于针对上述测量方法中出现的测试过程中膜两侧存在厚度较大离子扩散极化层的现象，提供了一种钒电池所用隔膜钒(IV)离子渗透率的测试方法和装置，此方法具有结构简单、操作方便、能更大程度的减小或消除膜两侧离子扩散极化层，减小误差，提高测量精度，并准确测量钒(IV)离子渗透率。本发明的技术方案是一种隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，采用进出液方向平行隔膜液流方式进行测试，测试采用两个半池进行右半池中为钒IV离子溶液，左半池中为MgSO4溶液，中间以待测隔膜隔开，两个半池中的溶液分别在外接泵的作用下，从流液框的一侧平行于隔膜流入，再从流液框的另一侧平行于隔膜流出，进行循环流动，利用紫外分光光度计测左半池中钒离子IV的浓度。所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，右半池中钒IV离子的起始浓度为
I.5mol/LV0S04+2mol/LH2S04，体积为 150ml。所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，左半池中起始浓度为1.5mol/LMgS04+2mol/LH2S04，体积为 150ml。所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，根据稳态原则，左半池中钒离子的浓度随时间t的变化关系式如下
clC r AP———=-(Cr-Cl)
At LV其中，V表示左、右半池所装溶液的原始体积；A和L分别指隔膜的有效面积和厚度；p指钒IV离子的渗透率；CK指右半池中钒离子的起始浓度指左半池中钒IV离子的浓度；由所述关系式，确定钒IV离子渗透率。所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，采用可旋紧的夹子夹在胶管上，通过旋紧程度调控不同流速，并进行流量的标定，使左右半池的流量一致。所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，两个半池中的溶液流量标定为240ml/min0一种用于所述测试方法的隔膜四价钒离子渗透率的测试装置，该测试装置主要包括隔膜、左流液框、右流液框、左夹板、右夹板、侧面进液口 I、侧面出液口 I、侧面进液口
II、侧面出液口II，隔膜的两侧分别设置左流液框、右流液框，左流液框的一侧设置与隔膜平行的侧面进液口 I，左流液框的另一侧设置与隔膜平行的侧面出液口 I ;右流液框的一侧设置与隔膜平行的侧面进液口 II，左流液框的另一侧设置与隔膜平行的侧面出液口 II ；左流液框的外侧设置左夹板，右流液框的外侧设置右夹板。所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试装置，左流液框和右流液框相对面上分别设有开口 左流液框开口、右流液框开口，隔膜两面分别放有胶垫左胶垫、右胶垫，左流液框、右流液框之间通过隔膜和胶垫隔开，左流液框、右流液框之间的开口通过隔膜隔开，隔膜、左流液框、右流液框通过左夹板和右夹板夹紧。本发明的有益效果是I、本发明通过进出液方向平行隔膜液流方式进行测试，采用两个半池进行，右半池钒(IV)离子起始浓度I. 5mol/LV0S04+2mol/LH2S04，体积为150ml ;左半池中起始浓度为L5mOl/LMgS04+2mOl/LH2S04，体积为150ml冲间以待测隔膜隔开。两个半池中的溶液分别在外接泵的作用下，进行循环流动。采用可旋紧的夹子夹在胶管上，运行一定时间后，利用紫外分光光度计测测左半池中钒离子(IV)的浓度，进一步可以确定隔膜钒(IV)离子渗透率。按照本发明提供的方法，减小误差，提高测量精度，可以准确的对钒(IV)离子渗透率进行测试，并且结构简单，易于加工，拆装方便，密封性好。2、本发明采用进出液方向平行隔膜液流方式进行测试，从流液框的一侧平行隔膜流入，再从流液框的另一侧平行流出，进行循环流动。其目的是使溶液充分流动，使溶液在隔膜两侧没有停留，这样能更大程度的减小或消除膜两侧离子扩散极化层。3、本发明中采用可旋紧的夹子夹在胶管上，通过旋紧程度调控不同流速，并进行流量的标定，使左右半池的流量接近一致，平衡两侧压力，减小测试误差。
图I为钒离子渗透率与时间关系曲线。图2为本发明进出液方向平行隔膜钒离子渗透率的测试装置示意图。图中，I-隔膜；2_左流液框；3_右流液框；4_左夹板；5_右夹板；6_侧面进液口
I;7_侧面出液口 I ;8_侧面进液口 II ;9_侧面出液口 II ; 10-左流液框开口 ； 11-右流液框开口 ； 12-左胶垫；13-右胶垫。 具体实施方案下面通过附图和实施例对本发明进一步加以说明。如图2所示，本发明钒电池所用隔膜钒(IV)离子渗透率的测试装置主要包括隔膜I、左流液框2、右流液框3、左夹板4、右夹板5、侧面进液口 I 6、侧面出液口 I 7、侧面进液口 II 8、侧面出液口 II 9、左流液框开口 10、右流液框开口 11、左胶垫12、右胶垫13等，隔膜I的两侧分别设置左流液框2、右流液框3，左流液框2的一侧设置与隔膜I平行的侧面进液口 I 6，左流液框2的另一侧设置与隔膜I平行的侧面出液口 I 7 ;右流液框3的一侧设置与隔膜I平行的侧面进液口 II 8，左流液框2的另一侧设置与隔膜I平行的侧面出液口
II9 ;左流液框2的外侧设置左夹板4，右流液框3的外侧设置右夹板5。左流液框2和右流液框3相对面上分别设有开口 左流液框开口 10、右流液框开口 11，隔膜I两面分别放有胶垫左胶垫12、右胶垫13，左流液框2、右流液框3之间通过隔膜I和胶垫隔开，左流液框2、右流液框3之间的开口通过隔膜I隔开，隔膜I、左流液框2、右流液框3通过左夹板4和右夹板5夹紧。本发明的测试方法是裁剪长度为d，宽度为D，厚度为L，有效面积为A的隔膜I ;裁剪胶垫尺寸长度为d，宽度为D，有效面积为A，隔膜I两面用胶垫垫上，整体放在左流液框2和右流液框3之间，并用左夹板4、右夹板5夹紧。右半池中钒(IV)离子的起始浓度为I. 5mOl/LV0S04+2mOl/LH2SO4，体积为150ml，左半池中起始浓度为I. 5mol/LMgS04+2mol/LH2S04，体积为150ml，中间以待测隔膜隔开，隔膜I的有效面积A。两个半池中的溶液分别在外接泵的作用下，从流液框的一侧平行于隔膜I流入，再从流液框的另一侧平行于隔膜I流出，进行循环流动。采用可旋紧的夹子夹在胶管上，通过旋紧程度调控不同流速，并进行流量的标定，使左右半池的流量接近一致，平衡压力，减小测试误差。运行一定时间后，利用紫外分光光度计测左半池中钒离子(IV)的浓度。根据稳态原则，左半池中钒离子的浓度随时间t的变化关系式如下
ACr AP——(CfCi)d LV '其中，V表示左、右半池所装溶液的原始体积；A和L分别指隔膜的有效面积和厚度；p指钒(IV)离子的渗透率；CK指右半池中钒离子的起始浓度；匕指左半池中钒(IV)离子的浓度。实施例本实施例以隔膜测试钒(IV)离子的渗透率为例，具体测试方法裁剪长度为70mm,宽度为90mm,厚度为9mm,有效面积为40mmX50mm的隔膜I ;裁剪尺寸长度为70臟，宽度为90臟，中间裁剪有效面积为40mmX 50mm开口的胶垫，隔膜I两面用胶垫垫上，整体放在左流液框2、右流液框3之间，并用左夹板4、右夹板5夹紧。采用进出液方向平行隔膜液流方式进行测试，测试采用两个半池进行。右半池(右流液框)中钥;(IV)离子的起始浓度为I. 5mol/LV0S04+2mol/LH2S04,体积为150ml。左半池(左流液框)中起始浓度为1.5mOl/LMgS04+2mOl/LH2S04，体积为150ml。中间以待测隔膜隔开，隔膜I的有效面积A。两个半池中的溶液分别在外接泵的作用下，从流液框的一侧平行于隔膜I流入，再从流液框的另一侧平行于隔膜I流出，进行循环流动。采用可旋紧的夹子夹在胶管上，通过旋紧程度调控不同流速，并进行流量240ml/min的标定，使左右半池的流量接近一致，运行一定时间后，利用紫外分光光度计测左半池中钒离子(IV)的浓度。本实施例中，V= 150ml, A=40mmX50mm=20cm2, T,=Qmm=O. 9cm, CE=1. 5mol/L=O. 0015mol/ml ;根据稳态原则，左半池中钒离子的浓度随时间t的变化关系式如下
权利要求
1.一种隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，其特征在于，采用进出液方向平行隔膜液流方式进行测试，测试采用两个半池进行右半池中为钒IV离子溶液，左半池中为MgSO4溶液，中间以待测隔膜隔开，两个半池中的溶液分别在外接泵的作用下，从流液框的一侧平行于隔膜流入，再从流液框的另一侧平行于隔膜流出，进行循环流动，利用紫外分光光度计测左半池中钒离子IV的浓度。
2.按照权利要求I所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，其特征在于，右半池中钒IV离子的起始浓度为I. 5mol/LV0S04+2mol/LH2S04，体积为150ml。
3.按照权利要求I所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，其特征在于，左半池中起始浓度为 I. 5mol/LMgS04+2mol/LH2S04，体积为 150ml。
4.按照权利要求I所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，其特征在于，根据稳态原则，左半池中钒离子的浓度随时间t的变化关系式如下
5.按照权利要求I所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，其特征在于，采用可旋紧的夹子夹在胶管上，通过旋紧程度调控不同流速，并进行流量的标定，使左右半池的流量—致。
6.按照权利要求I所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试方法，其特征在于，两个半池中的溶液流量标定为240ml/min。
7.一种用于权利要求I所述测试方法的隔膜四价钒离子渗透率的测试装置，其特征在于，该测试装置主要包括隔膜、左流液框、右流液框、左夹板、右夹板、侧面进液口 I、侧面出液口 I、侧面进液口 II、侧面出液口 II，隔膜的两侧分别设置左流液框、右流液框，左流液框的一侧设置与隔膜平行的侧面进液口 I，左流液框的另一侧设置与隔膜平行的侧面出液口 I ;右流液框的一侧设置与隔膜平行的侧面进液口 II，左流液框的另一侧设置与隔膜平行的侧面出液口 II ;左流液框的外侧设置左夹板，右流液框的外侧设置右夹板。
8.按照权利要求7所述的隔膜四价钒离子渗透率的测试装置，其特征在于，左流液框和右流液框相对面上分别设有开口 左流液框开口、右流液框开口，隔膜两面分别放有胶垫左胶垫、右胶垫，左流液框、右流液框之间通过隔膜和胶垫隔开，左流液框、右流液框之间的开口通过隔膜隔开，隔膜、左流液框、右流液框通过左夹板和右夹板夹紧。
全文摘要
本发明涉及钒电池领域，具体为一种钒电池所用隔膜钒(Ⅳ)离子渗透率的测试方法和装置。采用进出液方向平行隔膜液流方式进行测试，测试采用两个半池进行右半池中为钒IV离子溶液，左半池中为MgSO4溶液，中间以待测隔膜隔开，两个半池中的溶液分别在外接泵的作用下，从流液框的一侧平行于隔膜流入，再从流液框的另一侧平行于隔膜流出，进行循环流动，采用可旋紧的夹子夹在胶管上，运行一定时间后，利用紫外分光光度计测左半池中钒离子(IV)的浓度。该测试装置主要包括隔膜、左流液框、右流液框、左夹板、右夹板等。采用本发明减小误差，提高测量精度，可以准确的对钒(Ⅳ)离子渗透率进行测试，并且结构简单，易于加工，拆装方便，密封性好。
文档编号G01N15/08GK102866094SQ20121033088
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月9日 优先权日2012年9月9日
发明者赵丽娜, 赵焕, 刘建国, 严川伟 申请人:中国科学院金属研究所
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