[發明專利]釩氧化還原液流電池的多點電解液流場實施方案

在審

• 申請號: 201880034986.0
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN110710041A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 安吉洛·丹齊;卡洛·阿爾貝托·布羅韋羅;毛里齊奧·塔皮;詹盧卡·皮拉齊尼
• 申請（專利權）人: 斯托倫技術公司
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M8/0258
• 代理公司: 11262 北京安信方達知識產權代理有限公司
• 代理人: 武晶晶

一種液流電池，包括用于陽極電解液的第一儲罐、用于陰極電解液的第二儲罐、設置有用于向特定平面電池單元供應電解液的對應泵的相應液壓回路，所述平面電池單元設置有雙極板，所述雙極板在兩個相互對立面上具有多點流量分配器以用于均勻地輸送所述電解液，所述雙極板通過質子交換膜和電極相互分隔開，其中，所述平面電池單元相互對準并堆疊以構成液流電池堆。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年3月27日提交的臨時申請號62/476,945的優先權。此臨時專利申請的全部公開內容通過引用以其整體并入本文。

技術領域

本發明涉及一種釩氧化還原液流電池的雙極板結構，并且尤其涉及其中石墨多孔電極與嵌在石墨雙極板進出流通道中的多點流量分配器單元連接的釩氧化還原液流電池的雙極板結構。

發明背景

液流電池是一種可再充電電池，在所述液流電池中包含一種或多種溶解的電活性物質的電解液流過電化學電池單元，所述電化學電池單元將化學能直接轉換為電能。電解液儲存在外部儲罐中，并被泵送通過反應器的電池單元。

氧化還原液流電池的優點是布局靈活(由于電源組件與能量組件之間的分隔)、壽命周期長、響應時間快、無需平滑充電且無有害排放。

液流電池用于能量需求在1kWh與幾MWh之間的固定式應用：液流電池被用于平滑電網的負載，其中電池用于在夜間以低成本積蓄能量，并在成本更高時將能量返回給電網，還可以從諸如太陽能和風力等可再生源中積蓄電力，以便然后在能源需求高峰期提供電力。

特別地，釩氧化還原電池由一組電化學電池單元組成，在所述電化學電池單元中，兩種電解液被質子交換膜分隔開。這兩種電解液均基于釩：正半電池單元中的電解液包含V<4+>和V<5+>離子，而負半電池單元中的電解液包含V<3+>和V<2+>離子。可以通過幾種方式來制備電解液，例如通過在硫酸(H2SO4)中電解五氧化二釩(V2O5)。所使用的溶液仍保持強酸性。在釩液流電池中，這兩個半電池單元還連接至包含非常大量電解液的儲存罐，所述電解液借助于泵循環流過電池單元。液體電解液的這種循環要求一定的空間占用，并限制了在移動應用中使用釩液流電池的可能性，在實踐中將其限制在大型固定裝置中。

在電池正被充電時，在正半電池單元中，釩被氧化，將V<4+>轉換為V<5+>。所獲得的電子被轉移到負半電池單元，在所述負半電池單元中，所述電子將釩從V<3+>還原為V<2+>。在操作期間，所述過程相反地發生，并且在25℃下在開路中獲得1.41V的電勢差。

釩氧化還原電池是唯一在電解液中而不是在板或電極上積蓄電能的電池，所述在板或電極上積蓄電能在所有其他電池技術中是常見的。

與所有其他電池不同，在釩氧化還原電池中，儲罐中包含的電解液一旦充滿電就不會自動放電，而固定在電化學電池單元中的電解液部分會隨時間推移自動放電。

電池中儲存的電能的量由儲罐中包含的電解液的量決定。

根據一種特別高效的特定構建性方案，釩氧化還原電池由一組電化學電池單元組成，通過聚合物電解質相互分隔開的兩種電解液在所述電化學電池單元中流動。這兩種電解液均由溶解的釩的酸性溶液構成。正極電解液包含V<5+>和V<4+>離子，而負極電解液包含V<2+>和V<3+>離子。在電池正被充電時，在正半電池單元中，釩被氧化，而在負半電池單元中，釩被還原。在放電步驟期間，過程是相反的。電串聯的多個電池單元的連接允許增加電池兩端的電壓，所述電壓等于電池單元的數量乘以1.41V。

在充電階段期間，為了儲存能量，打開泵，使電解液在電化學相關電池單元內流動。施加到電化學電池單元上的電能借助于膜促進質子交換，從而為電池充電。