于偏遠營地、前沿作戰(zhàn)基地、 離網(wǎng)無線電通訊或遙感器的電源。
[0048] 液流電池儲能功效通過循環(huán)DC-DC能量效率（RTeff)和活性物質(zhì)的能量密度（按Wh/L測量）兩者來測定。RTeff為電池充電和放電循環(huán)兩者的電壓和電流效率的復合。在 電化學裝置中，電壓和電流效率為電流密度的函數(shù)，且雖然電壓和電流效率通常隨電流密 度（mA/cm2)提高而減少，但通常期望高電流密度以減少獲得給定的額定功率所需的電化學 堆的大小/成本?；钚晕镔|(zhì)能量密度與電池OCV(OCV=開路電壓）、活性物類的濃度和每摩 爾活性物類轉(zhuǎn)移的電子數(shù)成正比。高能量密度為期望的，以減少給定的儲能量所需的活性 物質(zhì)的體積。
[0049] 應理解，雖然就液流電池系統(tǒng)描述本文描述的不同實施方案，但相同的策略和設 計/化學實施方案也可用于固定（非流動）電化學單電池、電池組或系統(tǒng)，包括其中一個或 兩個半電池使用固定電解質(zhì)的那些。認為每個這些實施方案在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0050] 術(shù)語 在整個本說明書中，為單詞賦予其通常含義，如相關(guān)領域的技術(shù)人員應理解。然而，為 了避免誤解，某些術(shù)語的含義經(jīng)特別限定或闡明。
[0051] 術(shù)語"活性物質(zhì)"為電化學和電化學儲能領域技術(shù)人員熟知的，且意指在系統(tǒng)操作 期間經(jīng)歷氧化態(tài)改變的物質(zhì)?；钚晕镔|(zhì)可包含固體、液體或氣體，和/或溶于溶液的固體、 液體或氣體。在某些實施方案中，活性物質(zhì)包含溶于溶液的分子和/或超分子。具有本發(fā) 明描述的物質(zhì)組成的活性物質(zhì)可按以下方式用于儲能系統(tǒng)：它們與其它活性物質(zhì)配對以形 成正極電對和負極電對，其中所述其它活性物質(zhì)為本發(fā)明描述的或為本領域先前已知的或 它們的組合，包括可溶物、半固體、嵌入物、電容的或贗電容的、和鍍覆型的活性物質(zhì)。分子 的濃度可為至少2M(例如約3M-4M)，1M-2M、約I. 5M、0. 5M-1M、或小于約0. 5M。
[0052]在某些實施方案中，活性物質(zhì)可包含"金屬配體配位化合物"，其為電化學和無機 化學領域技術(shù)人員已知的。金屬配體配位化合物可包含鍵合于原子或分子的金屬離子。鍵 合的原子或分子稱為"配體"。在某些非限制性實施方案中，配體可包含含有C、H、N和/或 〇原子的分子。換句話說，配體可包含有機分子。本公開的金屬配體配位化合物應理解為包 含至少一個配體，其不是水、氫氧化物或鹵化物（r、cr、Br'r)。
[0053]金屬配體配位化合物可包含"氧化還原活性金屬離子"和/或"氧化還原惰性金屬 離子"。術(shù)語"氧化還原活性金屬離子"預期表示在使用條件下經(jīng)歷氧化態(tài)變化的金屬。如 本文所用，術(shù)語"氧化還原惰性"金屬離子預期表示在使用條件下不經(jīng)歷氧化態(tài)變化的的金 屬。金屬離子可包含以下的非零價鹽：例如，Al、Ca、Co、Cr、Sr、Cu、Fe、Mg、Mn、Mo、Ni、Pd、 Pt、Ru、Sn、Ti、Zn、Zr、V或它們的組合。技術(shù)人員能認識到給定的非零價金屬在指定的電 解質(zhì)環(huán)境下為氧化還原活性或非活性的情況。在具體實施方案中，第一氧化還原活性物質(zhì)、 第二氧化還原活性物質(zhì)或第一和第二氧化還原活性物質(zhì)兩者包含金屬配體配位絡合物，所 述金屬配體配位絡合物具有包含M(LI)x (L2)y (L3)zm的式， M為Al、Ca、Ce、Co、Cr、Fe、Mg、Mn、Mo、Sn、Ti、W、Zn或Zr; LI、L2和L3各自獨立為抗壞血酸鹽、鄰苯二酚鹽、檸檬酸鹽、羥乙酸鹽或多元醇（包括 衍生自乙二醇、丙二醇或甘油的配體）、葡糖酸鹽、氨基乙酸鹽、a-羥基鏈烷酸鹽（例如來 自羥基乙酸的a-羥基乙酸鹽）、0-羥基鏈烷酸鹽、y-羥基鏈烷酸鹽、蘋果酸鹽、馬來酸 鹽、苯二甲酸鹽、焦掊酸鹽、肌氨酸鹽、水楊酸鹽或乳酸鹽； x、y和z獨立為 0、1、2 或 3,和I<x+y+z< 3; 且m為+1、0、-1、-2、-3、-4或-5。相關(guān)的和獨立的實施方案提供（a)x=3,y=z=0 ; (b)x=2,y=l，z=0 ; (c)x=l，y=l，z=l; (d)x=2,y=l，z=0 ; (e)x=2,y=z=0 ;或（f)x=l，y=z=0〇 在單 獨的優(yōu)選實施方案中，M為Al、Cr、Fe或Ti，和x+y+z=3。
[0054]在其它的具體實施方案中，第一氧化還原活性物質(zhì)、第二氧化還原活性物質(zhì)或第 一和第二氧化還原活性物質(zhì)兩者包含六氰化物金屬配體配位絡合物，例如，包含六氰化鉻、 六氰化鐵、六氰化錳、六氰化鉬或六氰化釕，優(yōu)選六氰化鉻、六氰化鐵或六氰化錳，例如鐵氰 化物或亞鐵氰化物。
[0055]在其它實施方案中，活性物質(zhì)可包含"有機活性物質(zhì)"。有機活性物質(zhì)可包含不含 有過渡金屬離子的分子或超分子。還應理解有機活性物質(zhì)是指包含溶于水溶液的分子或超 分子。且有機活性物質(zhì)在電化學儲能系統(tǒng)操作期間能經(jīng)歷氧化態(tài)的變化。在這種情況下， 分子或超分子在系統(tǒng)操作期間可接受或提供電子。
[0056]除非另作說明，術(shù)語"含水"是指相對于溶劑的總重量，包含至少約98重量％水的 溶劑系統(tǒng)。在一些應用中，還可有用地存在的可溶、可混溶或部分溶混的（用表面活性劑或 其它方式乳化）共溶劑，例如，擴展水的流動性范圍（例如醇/乙二醇）。當指定時，另外 的獨立實施方案包括以下那些：其中"含水"溶劑系統(tǒng)相對于總?cè)軇?，包含至少約55%，至少 約60重量％，至少約70重量％，至少約75重量％，至少約80%，至少約85重量％，至少約90 重量％，至少約95重量％或至少約98重量％的水。在一些情況下，含水溶劑可基本由水組 成，和基本無或完全無共溶劑或其它的物類。溶劑系統(tǒng)可為至少約90重量％，至少約95重 量％，或至少約98重量％的水，并且在一些實施方案中，無共溶劑或其它物類。
[0057]除了下述的氧化還原活性物質(zhì)，含水電解質(zhì)可包含其它的緩沖劑、支持電解質(zhì)、粘 度調(diào)節(jié)劑、潤濕劑等。
[0058]術(shù)語"雙極板"是指導電的、基本無孔的物質(zhì)，其可用于分隔電池堆中的電化學電 池使得電池串聯(lián)連接和將電池電壓跨電池堆相加。雙極板具有兩個表面，使得雙極板的一 個表面用作一個電池的正極基底和相鄰電池的負極基底。雙極板通常包含碳和含碳復合材 料。
[0059]術(shù)語"電池電勢"為電化學領域技術(shù)人員易于理解的，且限定為操作期間電化學電 池的電壓。電池電勢還可由方程式1限定： 電池電勢=ocv-nPQS -nneg -iR(i) 其中ocv為"開路電壓"，nP()E^Pn_分別為給定的電流密度下正負電極的過電勢，和iR與組合的全部電池電阻相關(guān)的電壓損失。"開路電壓"或ocv根據(jù)方程式2可易于理解： OCV=E+-E- (2) 其中E+和分別為發(fā)生在正負電極的氧化還原反應的"半電池電勢"。半電池電勢還 可通過熟知的能斯特方程3描述： E=E0 -RT/nFIn(Xred /Xox) (3) 其中E°為關(guān)注的氧化還原電對的標準還原電勢（例如，正極或負極），R為普適氣體常 數(shù)，T為溫度，n為關(guān)注的氧化還原電對的電子轉(zhuǎn)移數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，和XMd/XMS在電極 還原與氧化的物類的比率。
[0060] 當?shù)谝缓偷诙姌O之間的電流等于零時，可使用標準技術(shù)測量電池系統(tǒng)的OCV。在 該條件下，第一和第二電極之間的電勢差對應于0CV。電池系統(tǒng)的OCV取決于所述系統(tǒng)的充 電狀態(tài)（SOC)。不限于任何理論的正確性，根據(jù)能斯特方程（以上方程4)，理想電池的OCV 將隨充電狀態(tài)改變。為簡單起見，本申請中全部的OCV是指在50%SOC下它們的值。本領 域的普通技術(shù)人員應認識到在較高的SOC下，電池的OCV將提高，并且在較低的SOC下，OCV 由50%SOC的值減少。
[0061] 術(shù)語"電荷"是指與活性物質(zhì)或離聚物部分相關(guān)的"凈電荷"或總電荷。
[0062] 術(shù)語"電流密度"是指在電化學電池中通過的總電流除以電池的電極幾何面積，并 且通常以單位mA/cm2記錄。在本發(fā)明的某些實施方案中，電流密度為以下范圍：由約50mA/ 〇112、由約10011^/〇112或由約 20011^/〇112，至約 20011^/〇]12、至約 30011^/〇]12、至約 40011^/〇112或 至約 500mA/cm2。
[0063] 術(shù)語"電流效率"（Ieff)可描述為系統(tǒng)放電時產(chǎn)生的總電荷與充電時通過的總電荷 的比率。在一些實施方案中，放電時產(chǎn)生的或充電時通過的電荷可使用本領域的普通技術(shù) 人員熟知的標準電化學庫侖計數(shù)技術(shù)測量。不限于任何理論的限制，電流效率可為液流電 池充電狀態(tài)的函數(shù)。在一些非限制性實施方案中，電流效率可在約35%-約60%的SOC范圍 內(nèi)評價。
[0064] 術(shù)語"能量密度"是指在活性物質(zhì)中每單位體積可儲存的能量的量。能量密度，如 本文所用，是指儲能的理論能量密度并可根據(jù)方程4計算： 能量密度=(26. 8A-h/mol)XOCVX[e_] (4) 其中OCV為50%充電狀態(tài)下的開路電壓，如上限定，（26. 8A-h/mol)為法拉第常數(shù)，和 [el為99%充電狀態(tài)下活性物質(zhì)中儲存的電子濃度。在該情況下，活性物質(zhì)主要包含正極 和負極電解質(zhì)兩者的原子或分子物類，[el可計算如下：
[e_]=[活性物質(zhì)]Xn/ 2 (5) 其中[活性物質(zhì)]為在負極或正極電解質(zhì)中活性物質(zhì)的濃度（mol/L或M)，取其中較低 者，和n為每分子活性物質(zhì)的電子轉(zhuǎn)移數(shù)。相關(guān)術(shù)語"電荷密度"是指每種電解質(zhì)可包含的 電荷總量。對于每種電解質(zhì)： 電荷密度=(26. 8A-h/mol)X[活性物質(zhì)]Xn(6) 其中[活性物質(zhì)]和n如上限定。
[0065] 術(shù)語"能量效率"可描述為系統(tǒng)放電時產(chǎn)生的總能量與充電時消耗的總能量的比 率。能量效率（RTeff)可根據(jù)方程7計算： RTeff =Veff,KTXIeff (7) 如本文所用，術(shù)語"釋放電流"描述了在通電的液流電池結(jié)構(gòu)中施加的一部分電流部 分，其與特定的化學物類的釋放（產(chǎn)生）有關(guān)。那么，在當前上下文中，當足夠的過電勢(見 下）應用在液流電池中，使得在正極放出氧或在負極放出氫時，或兩者皆有時，與氧或氫的 釋放有關(guān)的那部分電流分別為氧釋放電流或氫釋放電流。
[0066] 在某些優(yōu)選實施方案中，沒有與氫釋放、氧釋放、或氫和氧釋放兩者相關(guān)的電流。 這可在以下情況下發(fā)生：正極半電池在比正極的熱力學閾值電勢或閾值過電勢更低的電勢 (即，無氧產(chǎn)生，見以下術(shù)語解釋）或負極半電池在比負極的熱力學閾值電勢或閾值過電勢 更正的電勢下操作（即無氫產(chǎn)生），或兩者。在單獨的實施方案中，電池在相應的正極或負 極的熱力學閾值電勢或閾值過電勢的0. 3V內(nèi)、在0. 25V內(nèi)、在0. 2V內(nèi)、在0. 15V內(nèi)或在0.IV 內(nèi)操作。
[0067]在其中氣體釋放的實施方案中，與氣體釋放（氫或氧，或兩者）相關(guān)的電流部分適 合地為總施加電流的約20%或更少、約15%或更少、約10%或更少、約5%或更少、約2%或更 少、或約1%或更少。較低的氣體釋放電流被認為是特別適合于電池（電池或電池堆）效率。 [0068] 術(shù)語"排斥"是指隔離物不允許某些離子或分子流過隔離物的能力，且通常按百分 比測量。
[0069]術(shù)語"迀移離子"為電化學領域技術(shù)人員所理解的，且是指包含在電化學儲能系統(tǒng) 操作期間在負極和正極之間轉(zhuǎn)移的離子。術(shù)語"迀移離子"還可指在充電/放電期間攜帶 離子電流的至少約80%的離子。
[0070] 如本文所用，術(shù)語"負極"和"正極"為相對于彼此定義的電極，使得負極在充電和 放電循環(huán)兩者中在比正極更負的電勢下操作，或者設計或預期在所述條件下操作（反之亦 然），與它們操作的實際電勢無關(guān)。負極可以或可以不實際在相對于可逆氫電極的負電勢下 操作，或者設計或預期在所述條件下操作。負極與第一含水電解質(zhì)有關(guān)且正極與第二電解 質(zhì)有關(guān)，如本文所述。
[0071] 術(shù)語"過電勢"為電化學領域技術(shù)人員所充分理解的，并定義為電化學電池操作期 間的電極和該電極的標準半電池電勢之間的電壓差，如能斯特方程所定義。不限于理論，術(shù) 語過電勢旨在描述超過熱力學所需的能量，以在給定的速率或電流密度下進行反應。術(shù)語 "過電勢"也描述了比在正極由水釋放氧的熱力學起始電壓更正的電勢，和比在負極由水釋 放氫的熱力學起始電壓更負的電勢。
[0072] 相似地，如本文所用，術(shù)語"閾值過電勢"是指在相應的電極上氫或氧氣開始釋放 的過電勢。應注意包含"非完美"（S卩，低于理想催化的）電極的電化學系統(tǒng)可在三個