[發明專利]有多個不同孔徑和/或不同層電極的液流電池

有效

• 申請號: 201280017840.8
• 申請日: 2012-04-11
• 公開（公告）號: CN103636039A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: R.扎富;M.L.佩里;A.潘迪;S.F.伯拉特斯基
• 申請（專利權）人: 聯合工藝公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李濤;胡斌

交叉參考相關應用

申請人特此要求對2011年4月11日提交的美國專利號為13/084,156的專利之優先權，其公開的內容納入本文作為參考。該申請還與2009年12月18日提交的PCT申請號為PCT/US09/68681的專利，2011年2月7日提交的美國專利號為13/022,285的專利和2011年2月8日提交的美國專利號為13/023,101的專利?有關，其內容全部納入本文作為參考。

背景技術

1.技術領域

本發明主要關于液流電池，尤其是關于有多個不同孔徑和/或不同層電極的液流電池。

2.背景技術

典型的液流電池系統包括一液流蓄電池組層積，每一電池的正負極之間是一離子交換膜。運行時，陰極電解液從正極流過，陽極電解液從負極流過。陰極和陽極溶液都發生可逆氧化還原反應（“還原”）的電化學反應。反應時，離子透過離子交換膜，電子經外部電流輸送，從而完成該電化學反應。

正負極可由碳氈材料制成。這種碳氈材料通常有許多尺寸大致均勻的空隙，可促使電子溶液從中均勻地分布。每一電極的厚度相對較大（例如：大于3.2毫米（mm），約125/1000英寸（mil）），其尺寸可減少沿電極長度方向的壓力降低，該長度大致與厚度垂直。但這種相對較大的電極厚度會實質上增加離子通過電極厚度時的傳導阻力。因此，厚度相對較大的電極可增加液流蓄電池組電池電壓的低效性,特別是當該液流蓄電池組電池在相對較高的電流密度下運行時,比如大于100毫安（mA）每平方厘米（cm²）（約645?mA每平方英寸（in²））。

因此，液流蓄電池組電池有一種技術上的需要，使之能在相對較高的電流密度下運行時不會明顯增加電壓的低效性。在相對較高的電流密度下運行，同時不會出現過高的電壓損失，這樣即可使用較小的層積，從而使給定電能輸出的層積成本較低。

發明摘要

本發明包括具有一電極的液流電池（也被稱為“電極層”），該電極可被可逆氧化還原反應物質組溶液浸漬。根據本發明的一方面，該電極具有多個微孔隙和宏孔隙，其中宏孔隙的大小至少比微孔隙大一個數量級。根據本發明的另一方面，該電極有多層。其中一層有多個宏孔隙，另一層有多個微孔隙。根據本發明的另一方面，該電極的厚度小于約2毫米（約78mil）。仍是根據本發明的另一方面，該電極有一多孔碳層，該層由多個結合在一起的顆粒構成。

參考下面的描述和附圖，本發明的上述功能和操作將變得更加顯而易見。

附圖說明

圖.1是液流電池系統一實施例的示意圖，包括多個成層積排列的液流蓄電池組電池。

圖.2是圖.1所示液流蓄電池組電池之一的一實施例，以及該液流蓄電池組電池包含的一電極層的局部放大的圖解說明。

圖.3是圖.1所示液流蓄電池組電池層積的一實施例。

圖.4是圖.1所示液流蓄電池組電池之一的另一實施例，以及該液流蓄電池組電池包含的一電極層的局部放大的圖解說明。

圖.5是圖.1所示液流蓄電池組電池之一的另一實施例。

具體實施方式

參考圖.1，該圖為液流電池系統10的示意圖。液流電池系統10被配置用于選擇性地儲電和放電。例如，在運行時，液流電池系統10可將由可再生或不可再生電力系統（未顯示）產生的電能轉化為化學能，并存儲在第一和第二電解質溶液組中（例如：陽極和陰極電解液）。可隨后控制液流電池系統10將存儲的化學能轉化回電能。合適的第一和第二電解質溶液組示例包括但不限于釩/釩電解質溶液和溴/多硫化物電解質溶液。

液流電池系統10包括一第一電解液儲罐12、一第二電解液儲罐14、一第一電解質電路回路16、一第二電解質電路回路18和至少一液流蓄電池組電池20。在一些實施例中，液流電池系統10包括多個排列并壓入至少一層積21的多個液流蓄電池組電池20，該層積在一對端板39之間，可控制電池20既存儲又產生電能。液流電池系統10有一控制系統（未顯示），該控制系統包括一控制器、一功率變換器/調節器，以及第一和第二電解質溶液流調節器（例如：閥門、泵等），其控制系統適用于控制該液流電池系統的存儲和釋放電能。

第一和第二電解液儲罐12和14適用于分別保存和存儲一種電解質溶液。

第一和第二電解質電路回路16和18都分別包括一源管道22、24，和一返回管道26、28。