[發明專利]電解液再平衡系統

無效

• 申請號: 00809866.2
• 申請日: 2000-06-30
• 公開（公告）號: CN1359547A
• 公開（公告）日: 2002-07-17
• 發明（設計）人: P·J·莫里斯;P·J·米徹爾;S·E·馬勒
• 申請（專利權）人: 里珍西斯技術有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張元忠,楊九昌

本發明涉及再生燃料電池(RFC)技術領域。尤其是，它涉及改進RFCs工作特性的操作設備和方法。

使RFCs能夠儲存和輸出電能的方式對該領域的技術人員是眾所周知的。RFC的一個例子描述在US-A-4485154中，它公開了一個可充電的陰離子活性的還原-氧化系統，該系統在一個半電池中利用硫化物/聚硫化物的反應，而在另一個半電池中碘/碘化物、氯/氯化物或溴/溴化物的反應。兩個半電池由陽離子交換膜隔開。

例如，對于溴/溴化物-硫化物/聚硫化物系統，所涉及的總化學反應如下式1所示：

???????????????????????????式1

然而，在如US-A-4485154所描述的RFC中，反應單獨進行，相互依賴的溴和硫半電池反應分別下式2和3所示進行：

???????????????????????式2

??????????????????????????式3

然而應該指出的是，這些式子代表發生在RFC中的總反應變化。實際上，硫化物的低堿性使反應復雜化，其導致作為活性物質的硫氫化物(bisulfide)的形成，如式4所示。

???????????????????式4

同時，式1和3產生的硫在硫化物離子存在時形成可溶的聚硫化物，如式5所示(其中x可以為1-4)。

?????????????????????式5

同時，游離溴在溴化物離子存在時被溶解形成三溴化物離子，如式6所示。

??????????????????????式6

當RFC放電時，在隔膜的+^ve側，溴轉化為溴化物，而在隔膜的-^ve側，硫化物轉化為聚硫化物。式1從左到右移動，金屬離子從隔膜的-^ve側流向隔膜的+^ve側以形成回路。當RFC充電時，在隔膜的+^ve側，溴化物轉化為溴，而在隔膜的-^ve側，聚硫化物轉化為硫化物。式1從右向左反應，金屬離子從隔膜的+^ve側流向隔膜的-^ve側以形成回路。

上述充/放電循環在RFC壽命期內將重復多次，并且為了使RFC在它的整個壽命期內有效工作，使電解液保持平衡是很重要的。在本說明書中，當術語“平衡的”被用于描述電解液時，它意味著電解液中反應物質的相對濃度保持在或相近于這樣的數值，以使RFC的性能保持優化。相似地，在本說明書中，術語“再平衡”指的是一個過程，該過程改變了一個或兩個電解液中的一種或更多反應物質的濃度，以便使所述電解液恢復到平衡狀態或者保持所述電解液在平衡狀態。

在RFC’s壽命期的開始狀態，隔膜任一側的反應物質的相對濃度通常會被固定，以便電解液保持平衡。然而，一旦RFC以它的反復充-放電循環形式開始運轉，有些因素可能會介入，這將導致電解液變得不平衡。這些因素會隨著電解液中反應物質的種類而改變，并且這個改變也取決于RFC的構成和運轉方式。

在如上面所描述的溴/溴化物-硫化物/聚硫化物的RFC情況下，會導致電解液不平衡的最重要因素是不希望的物質擴散穿過隔膜。盡管使用了陽離子選擇性離子交換膜，還是不可能達到100％的選擇滲透性，而且在電池的延長循環中，一些陰離子物質擴散穿過隔膜。尤其是，硫化物離子(大量以硫氫化物形式，HS^-存在)和聚硫化物離子(S_x+1^2-，其中x可以為1-4)可以從硫化物/聚硫化物電解液擴散至溴/溴化物電解液，在那里它們被溴氧化而形成硫酸根離子，如下式7和8所示：