[發明專利]用于混合液流電池的替代低成本電極

有效

• 申請號: 201880034271.5
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN110679022B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: C·E·埃文斯;S·凱西;宋漾
• 申請（專利權）人: ESS技術有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/18
• 代理公司: 北京博思佳知識產權代理有限公司 11415
• 代理人: 艾佳

一種氧化還原液流電池可以包括：膜，插設在位于膜的第一側的第一電極和位于與第一側相對的膜的第二側的第二電極之間；第一流場板，包括多個正極流場肋，多個正極流場肋中的每個在第一側的第一支撐區域處與第一電極接觸；第二電極，包括位于膜和第二流場板之間的電極間隔件，電極間隔件包括多個主肋，多個主肋中的每個在第二側的第二支撐區域處與第二流場板接觸，每個第二支撐區域與多個第一支撐區域之一相對對齊。這樣，可以減小電鍍表面處的電流密度分布。

相關申請的交叉引用

本申請是2017年5月22日提交的題為“用于混合液流電池的替代低成本電極”、申請號為No.15/601,560的美國專利申請的國際申請。美國專利申請No.15/601,560是2015年12月30日提交的題為“用于混合液流電池的替代低成本電極”、申請號為No.14/984,416的美國專利申請的繼續申請。美國專利申請No.14/984,416要求2014年12月30日提交的題為“用于混合電池的碳涂覆塑料電極”、申請號為No.62/098,200的美國臨時專利申請的優先權。上述引用的申請中每個申請的全部內容出于所有目的通過引用并入本文。

技術領域

本公開涉及混合液流電池系統以及組裝混合液流電池系統的方法。

背景技術

還原-氧化(氧化還原)液流電池是以化學形式存儲能量的電化學存儲設備。所存儲的化學能通過自發的逆向氧化還原反應轉化為電子形式。為了恢復配給的化學能，施加電流以引發逆向氧化還原反應。混合液流電池將一種或多種電有效材料作為固體層沉積在電極上。混合液流電池包括一種化學物質，該化學物質在整個充電反應的某個時刻在基板上形成固體沉淀板，該沉淀板也可在整個放電反應中溶解。在充電反應期間，化學物質可在基板的表面上固化，從而在電極表面附近形成板。該化學物質通常是金屬化合物。在混合液流電池系統中，由氧化還原電池存儲的能量可受限于充電期間所電鍍的金屬的量，因此可由電鍍系統的效率以及用來電鍍的可用體積和表面積來確定。

氧化還原液流電池中的正電極和負電極參與電化學反應，以存儲和釋放化學能。因此，電極可被認為是電池中的重要組件，因為電極會影響電池的性能、容量、效率和總成本。

混合氧化還原液流電池的一個示例是全鐵氧化還原液流電池(IFB)。IFB使用鐵作為用于反應的電解質，包括發生電鍍的負電極(本文也稱為電鍍電極)和發生氧化還原反應的正電極(本文也稱為氧化還原電極)。IFB電池的性能可分為其電鍍電極(負電極)性能、氧化還原電極(正電極)性能和歐姆電阻損耗。在電鍍電極上，亞鐵(Fe²⁺)離子在充電期間獲得電子并作為固態鐵電鍍在基板上，如以下等式(1)所示，固態鐵在放電期間溶解成亞鐵離子并釋放兩個電子。鐵電鍍反應的平衡電位為-0.44V。在氧化還原電極上，在充電和放電過程中會發生亞鐵離子和鐵(Fe³⁺)離子之間的氧化還原反應。在正電極上，兩個Fe²⁺離子在充電過程中失去兩個電子以形成Fe³⁺離子，如下面的等式(2)所示，兩個Fe³⁺離子在放電過程中獲得兩個電子以形成Fe²⁺。亞鐵離子與鐵離子之間的平衡電位為+0.77V。因此，IFB氧化還原液流電池中的反應是可逆的。

在IFB的負電極上，亞鐵還原反應與兩個副反應競爭：氫質子H⁺的還原(反應(3))，其中兩個氫質子各自接受一個電子以形成氫氣H₂；以及沉積的鐵金屬的腐蝕，以產生亞鐵離子Fe²⁺(反應(4))，分別如下：

這兩個副反應可降低整體電池效率，因為傳遞到負電極的電子可通過氫產生被消耗，而不是通過鐵電鍍而被消耗。此外，這些副反應可導致電解質失衡，進而可導致電池容量隨時間損失。