[發明專利]維持液流電池健康的方法

在審

• 申請號: 201380076293.5
• 申請日: 2013-05-03
• 公開（公告）號: CN105144455A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: R.M.達林;M.L.佩里
• 申請（專利權）人: 聯合工藝公司
• 主分類號: H01M8/20
• 分類號: H01M8/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;王傳道

背景

液流電池，也被稱為氧化還原液流電池或氧化還原液流電池單元，被設計成將電能轉換成可以存儲并且之后當存在需求時釋放的化學能。例如，液流電池可以與可再生能量系統（諸如風力發電系統）一起使用以存儲超出消費者需求的能量，并且之后當存在較大需求時釋放此能量。

典型的液流電池包括具有由電解質層隔開的負電極和正電極的氧化還原液流電池單元，所述電解質層可包括隔膜，諸如離子交換膜。負流體電解質（有時被稱為陽極電解質）被輸送到負電極，并且正流體電解質（有時被稱為陰極電解質）被輸送到正電極，以驅動電化學可逆氧化還原反應。在充電時，供給的電能引起在一種電解質中的化學還原反應，以及在另一種電解質中的氧化反應。隔膜防止電解質自由和快速地混合，但允許經選擇的離子通過以完成氧化還原反應。在放電時，在逆反應中釋放包含在液體電解質中的化學能，并且可以從電極中得到電能。通過尤其使用外部供給的包括參與可逆電化學反應的反應物的流體電解質溶液，液流電池與其它電化學裝置區別開。

概述

所公開的是維持液流電池健康的方法，所述方法包括確定分別在液流電池的電化學電池單元的正極側和負極側上的第一流體電解質和第二流體電解質中的常見電化學活性元素物質的平均氧化態，并且響應于偏離平均氧化態值的預定范圍的平均氧化態調整平均氧化態。

附圖簡述

對本領域技術人員來說，本公開的各種特征和優點將從以下詳述中變得顯而易見。結合詳述的附圖可以簡要描述如下。

圖1示出示例液流電池。

圖2示出維持液流電池健康的示例方法。

詳述

圖1示意性示出用于選擇性地存儲和釋放電能的示例液流電池20的部分。例如，液流電池20可以用于將在可再生能量系統中生成的電能轉換為化學能，所述化學能存儲直到當稍后存在較大需求時，在那時液流電池20隨后將化學能轉換回電能。例如，液流電池20可以為電網供給電能。

液流電池20包括具有電化學活性物質24的流體電解質22，所述電化學活性物質24在相對于具有電化學活性物質28的另外流體電解質26的氧化還原對中起作用。電化學活性物質24/28是常見的，并且基于例如釩、鐵或鉻。即，在一個實例中，電化學活性物質24/28是不同氧化態或價態的釩，并且在另一個實例中，電化學活性物質24/28是不同氧化態或價態的鐵，并且在另一個實例中，電化學活性物質24/28是不同氧化態或價態的鉻。流體電解質22/26是包括電化學活性物質24/28的液體溶液。第一流體電解質22（例如，負電解質）和第二流體電解質26（例如，正電解質）包含在包括第一和第二容器32/34以及泵35的供給/存儲系統30中。

使用泵35將流體電解質22/26通過各自進料管線38從第一和第二容器32/34輸送到液流電池20的至少一個電池單元36。使流體電解質22/26經由返回管線40從電池單元36返回到容器32/34。進料管線38和返回管線40將容器32/34與電池單元的第一和第二電極42/44連接。可以提供多電池單元36作為堆疊。

電池單元36各自包括第一電極42、與第一電極42間隔開的第二電極44，以及布置在第一電極42和第二電極44之間的電解質隔膜層46。例如，電極42/44是多孔碳結構，諸如碳紙或氈(felt)。一般來講，電池單元36可包括雙極板，歧管等用于將流體電解質22/26通過流場通道輸送到電極42/44。例如，雙極板可以是碳板。然而，應該理解可以使用其它配置。例如，電池單元36可可選地被配置用于其中流體電解質22/26被直接泵送到電極42/44中而不使用流場通道的流通(flow-through)操作。

電解質隔膜層46可以是離子交換膜、惰性微孔性聚合物膜或材料（諸如碳化硅（SiC））的電絕緣微孔性基質，所述電解質隔膜層防止流體電解質22/26自由和快速地混合但允許經選擇的離子通過以完成氧化還原反應同時電隔離電極42/44。就這一點而言，流體電解質22/26在正常操作期間諸如在充電、放電和關閉狀態通常互相隔離。

將流體電解質22/26輸送到電池單元36以將電能轉換成化學能或在逆反應中將化學能轉換成可以被釋放的電能。將電能通過與電極42/44電耦合的電路48傳輸到電池單元36及自電池單元36傳輸。