094] 這些離子交換隔離物還可包含膜，有時(shí)稱為聚合物電解質(zhì)膜（PEM)或離子傳導(dǎo)膜 (ICM)。根據(jù)本公開(kāi)的膜可包含任何適合的聚合物，通常為離子交換樹(shù)脂，例如包含聚合陰 離子或陽(yáng)離子交換膜，或它們的組合。這種膜的流動(dòng)相可包含和/或造成至少一種單、二、 三或更高價(jià)陽(yáng)離子和/或單、二、三或更高價(jià)陰離子(除了質(zhì)子或氫氧根離子)的主要或優(yōu)先 傳輸（電池操作期間）。
[0095] 此外，還可使用用磺酸基團(tuán)改性（或陽(yáng)離子交換的磺酸基團(tuán)）的基本非氟化膜。這 些膜包括具有基本芳族的骨架的那些，例如，聚苯乙烯、聚苯撐、二苯砜（BPSH)或熱塑性塑 料例如聚醚酮或聚醚砜。離子交換膜的實(shí)例包含NAFI0N?全氟化聚合物電解質(zhì)。
[0096] 還可使用電池隔離物型多孔膜。因?yàn)樗鼈儾话逃械碾x子傳導(dǎo)能力，這些膜通 常用添加劑浸漬以便起作用。這些膜通常由聚合物和無(wú)機(jī)填料和開(kāi)孔的混合物組成。適合 的聚合物包括與當(dāng)前描述的系統(tǒng)的電解質(zhì)化學(xué)相容的那些，包括高密度聚乙烯、聚丙烯、聚 偏二氟乙?。≒VDF)或聚四氟乙?。≒TFE)。適合的無(wú)機(jī)填料包括碳化娃基體材料、二氧化 鈦、二氧化硅、磷化鋅和氧化鈰，且所述結(jié)構(gòu)可為內(nèi)部用基本非離聚的結(jié)構(gòu)支撐，包括例如 本領(lǐng)域?qū)τ谠撃康囊阎木W(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。
[0097] 電化學(xué)電池的開(kāi)路電壓（OCV)是電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的相關(guān)操作特性。在某些實(shí)施方 案中，OCV可為相對(duì)大的（例如，至少I(mǎi)V，和高至約2V、約3V或約4V)。這些相對(duì)大的開(kāi)路 電壓已知允許高的電池電壓效率、高AC-AC轉(zhuǎn)換效率、高儲(chǔ)能密度和低的系統(tǒng)成本。具有含 水電解質(zhì)和可溶活性物質(zhì)的傳統(tǒng)液流電池可在低于約I. 2V的OCV下操作。本公開(kāi)的電化 學(xué)電池適合地特征在于至少約I. 4V的開(kāi)路電壓。
[0098] 在一些實(shí)施方案中，液流電池的開(kāi)路電壓（OCV)為至少約1. 2伏特，至少約I. 3V， 至少約I. 4V，至少約I. 5V，至少約I. 6V，至少約I. 7V，至少約I. 8V，至少約I. 9V，或至少約 2V。如上所述，較高的開(kāi)路電壓與較高的功率密度有關(guān)。
[0099] 本公開(kāi)的系統(tǒng)和方法在給定的循環(huán)電壓效率下可顯示特定的電流密度。在給定的 循環(huán)電壓效率下測(cè)定電流密度的方法為電化學(xué)和電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
[0100] 為了用作電化學(xué)電池性能的量度，指定的電流密度必須與測(cè)量的電壓效率相關(guān)。 對(duì)于給定的循環(huán)電壓效率，較高的電流密度允許較低成本的電化學(xué)電池和電池堆。在某些 實(shí)施方案中，期望在至少約50mA/cm2的電流密度下，至少約50%的VEFF,KT下操作液流電池。 在其它實(shí)施方案中，電流密度為至少約50mA/cm2,Veff, ^為至少約60%、至少約75%、至少約 85%或至少約90%。在其它實(shí)施方案中，電流密度為至少約100mA/cm2,Veff,^為至少約50%、 至少約60%、至少約75%、至少約85%、至少約90%等。在其它實(shí)施方案中，電流密度為至少約 200mA/cm2,VEFF,KTS至少約50%、至少約60%、至少約75%、至少約85%、至少約90%和以上。在 某些實(shí)施方案中，當(dāng)電流密度為以下范圍時(shí)可得到這些效率：下限為約50mA/cm2、約IOOmA/ cm2或約 200mA/cm2,和上限為約 200mA/cm2、約 300mA/cm2、約 400mA/cm2或約 500mA/cm2。 [0101] 在不存在或存在金屬配位下，包括有機(jī)活性物質(zhì)的電解質(zhì)被認(rèn)為適合用于所公開(kāi) 的系統(tǒng)和方法的一個(gè)或兩個(gè)半電池。適合的有機(jī)活性物質(zhì)包括碳、芳烴，包括醌、氫醌、紫羅 堿、啦啶籍、啦啶、B丫啶鎌、鄰苯二酷、其它多環(huán)芳烴等。適合的有機(jī)活性物質(zhì)還可包括硫， 包括硫醇，硫化物和二硫化物部分。適合的有機(jī)活性物質(zhì)可溶于水，濃度為至少約〇. 1M，至 少約0. 5M，至少約1M，至少約I. 5M，至少約2M，和以上，例如至約3M，約4M或約5M。
[0102] 所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法還可以它們的半電池電壓為特征。負(fù)極和正極兩者可顯示 半電池電勢(shì)。本公開(kāi)的電化學(xué)電池可在一些實(shí)施方案中具有以下負(fù)極半電池電勢(shì)：低于約 0. 5Vvs.RHE、低于約 0. 2Vvs.RHE、低于約 0.IVvs.RHE、低于約 0.OVvs.RHE、低于 約-0.IVvs.RHE、低于約-0. 2Vvs.RHE、低于約-0. 3Vvs.RHE、低于約-0. 5Vvs.RHE、 例如至約-2Vvs.RHE。本公開(kāi)的電化學(xué)電池可在一些實(shí)施方案中具有以下正極半電池電 勢(shì)：至少約 〇? 5Vvs.RHE、至少約 0? 7Vvs.RHE、至少約 0? 85Vvs.RHE、至少約I.OVvs. RHE、至少約I.IVvs.RHE、至少約I. 2Vvs.RHE、至少約I. 3Vvs.RHE、至少約I. 4Vvs. RHE等，例如，至 2Vvs.RHE。
[0103] 所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法還可以如上限定的它們的能量密度為特征。本公開(kāi)的液流電 池可在以下能量密度下操作：約5Wh/L、約5Wh/L-約15Wh/L、約10Wh/L-約20Wh/L、約20Wh/L-約 30Wh/L、約 30Wh/L-約 40Wh/L、約 25Wh/L-約 45Wh/L，和 45Wh/L以上。單獨(dú)的實(shí)施方 案提供約70Wh/L、約60Wh/L或約50Wh/L的上限電流密度。
[0104] 以下這些屬于考慮落在本發(fā)明范圍內(nèi)的許多具體實(shí)施方案： 實(shí)施方案1. 一種液流電池，其包含： 第一含水電解質(zhì)，其包含第一氧化還原活性物質(zhì)； 第二含水電解質(zhì)，其包含第二氧化還原活性物質(zhì)； 與所述第一含水電解質(zhì)接觸的第一電極； 與所述第二含水電解質(zhì)接觸的第二電極；和 暴露在所述第一和第二含水電解質(zhì)之間的隔離物，所述隔離物包含離聚物膜； 其中所述第一活性物質(zhì)、第二活性物質(zhì)、或兩者的凈離子電荷符號(hào)與所述離聚物膜的 凈離子電荷符號(hào)匹配；和其中所述液流電池在以下條件操作或能在以下條件操作： (a) 其中所述第一或第二氧化還原活性物質(zhì)占通過(guò)所述離聚物膜的離子摩爾通量的 3%或更少；或 (b) 具有至少95%的循環(huán)電流效率；或 (c) 在至少約100mA/cm2的電流密度下，具有至少約90%的循環(huán)電壓效率；或 (d) 所述電解質(zhì)具有至少約30Wh/L能量密度；或 (e) (a)、（b)、（c)和⑷中任意兩個(gè)或更多個(gè)的組合。
[0105] 實(shí)施方案2.實(shí)施方案1的液流電池，其中所述第一氧化還原活性物質(zhì)、第二氧化 還原活性物質(zhì)或兩者的凈離子電荷符號(hào)，在所述氧化還原活性物質(zhì)的氧化和還原兩種形式 下都相同，并與所述離聚物膜的凈離子電荷符號(hào)匹配。
[0106] 實(shí)施方案3.實(shí)施方案1或2的液流電池，其中所述離聚物膜具有100ym或更少 的厚度。
[0107] 實(shí)施方案4.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，其中所述第一或第二氧化還原活 性物質(zhì)至少之一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化合物。
[0108] 實(shí)施方案5.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，其中所述第一和第二氧化還原活 性物質(zhì)分別包含第一和第二金屬配體配位化合物，所述第一金屬配體配位化合物不同于所 述第二金屬配體配位化合物。
[0109] 實(shí)施方案6.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，所述離子選擇性膜包含含氟聚合 物。
[0110] 實(shí)施方案7.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，所述離子選擇性膜包含離聚物， 所述離聚物具有共價(jià)連接的或內(nèi)嵌的磺酸根、羧酸根、季銨、锍、磷腈嫁I和胍殘基，或它們的 鹽。
[0111] 實(shí)施方案8.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，其中所述第一和第二氧化還原物 質(zhì)的至少之一或兩者顯示基本可逆的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)。
[0112] 實(shí)施方案9.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，其中所述電極的至少之一將碳同 素異形體的表面呈現(xiàn)于相應(yīng)電解質(zhì)。
[0113] 實(shí)施方案10.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，其中兩個(gè)所述電極將碳同素異形 體的表面呈現(xiàn)于相應(yīng)電解質(zhì)。
[0114] 實(shí)施方案11.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，其中所述第一或第二含水電解質(zhì) 的各自的pH或所述第一和第二含水電解質(zhì)兩者的pH各自顯示以下范圍內(nèi)的pH:約7-約 13、約8-約13、約9-約13、約10-約13、約10-約12、或約11。
[0115] 實(shí)施方案12.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，其中所述第一和第二離子帶電氧 化還原活性物質(zhì)兩者和它們相應(yīng)的氧化或還原形式為帶負(fù)電荷的，且所述離子選擇性膜含 有也具有凈負(fù)電荷的固定相，以便選擇性地透過(guò)陽(yáng)離子，顯著排斥帶負(fù)電荷的氧化還原活 性物質(zhì)。
[0116] 實(shí)施方案13.實(shí)施方案12的液流電池，其中所述第一和第二氧化還原活性物質(zhì) 和它們相應(yīng)的氧化或還原形式獨(dú)立顯示-2至_5的電荷。
[0117] 實(shí)施方案14.實(shí)施方案1-12任一項(xiàng)的液流電池，其中所述第一和第二離子帶電 氧化還原活性物質(zhì)兩者和它們相應(yīng)的氧化或還原形式為帶正電荷的，且所述離子選擇性膜 含有也具有凈正電荷的固定相，以便選擇性地透過(guò)陰離子，顯著排斥帶正電荷的氧化還原 活性物質(zhì)。
[0118] 實(shí)施方案15.實(shí)施方案14的液流電池，其中所述第一和第二氧化還原活性物質(zhì) 和它們相應(yīng)的氧化或還原形式獨(dú)立在相應(yīng)的電勢(shì)范圍內(nèi)顯示+2至+5的電荷。
[0119] 實(shí)施方案16.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，當(dāng)操作時(shí)，其在約35-約65%的充 電狀態(tài)內(nèi)顯示至少98%的循環(huán)電流效率。
[0120] 實(shí)施方案17.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，其進(jìn)一步包含與所述第一和第二 電極電連通的外部電路，所述電路能對(duì)所述液流電池充電或放電。
[0121] 實(shí)施方案18.前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池，所述電化學(xué)電池能提供10Wh/L、 至少20Wh/L或至少30Wh/L的能量密度。
[0122] 實(shí)施方案19.操作前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池的方法，所述方法包含通過(guò)電 能輸入將所述電池充電或通過(guò)電能去除將所述電池放電。
[0123] 實(shí)施方案20.操作前述實(shí)施方案任一項(xiàng)的液流電池的方法，所述方法包含跨所述 第一和第二電極施加電勢(shì)差，利用相關(guān)的電子流，以便： (a) 還原所述第一氧化還原活性物質(zhì)，同時(shí)氧化所述第二氧化還原活性物質(zhì)；或 (b) 氧化所述第一氧化還原活性物質(zhì)，同時(shí)還原所述第二氧化還原活性物質(zhì)。
[0124] 實(shí)施方案21. -種系統(tǒng)，其包含實(shí)施方案1-18任一項(xiàng)的液流電池，且所述系統(tǒng)進(jìn) 一步包含： (a) 含有所述第一含水電解質(zhì)的第一室和含有所述第二含水電解質(zhì)的第二室； (b) 與每個(gè)電解質(zhì)室流體連通的至少一個(gè)電解質(zhì)循環(huán)回路，所述至少一個(gè)電解質(zhì)循環(huán) 回路包含用于容納和運(yùn)輸所述電解質(zhì)的儲(chǔ)罐和管路； (C)控制硬件和軟件；和 (d)任選的功率調(diào)節(jié)單元。
[0125] 實(shí)施方案22.權(quán)利要求21的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)連接到電網(wǎng)，配置用于提供可再生集 成、峰值負(fù)荷轉(zhuǎn)移、電網(wǎng)穩(wěn)定、基荷發(fā)電/消耗、能量套利、輸配電資產(chǎn)遞延、弱電網(wǎng)支撐、頻 率調(diào)整，或它們的組合。
[0126] 實(shí)施方案23.權(quán)利要求21的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)配置用于提供穩(wěn)定的電力，用于偏遠(yuǎn) 營(yíng)地、前沿作戰(zhàn)基地、離網(wǎng)無(wú)線電通訊或遙感器。
[0127] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，鑒于這些教導(dǎo)，本發(fā)明的許多改進(jìn)和變化是可能的，且所 有這些應(yīng)為本文預(yù)期的。例如，除了本文描述的實(shí)施方案，本發(fā)明預(yù)期并要求保護(hù)由本文引 用的本發(fā)明的特征組合產(chǎn)生的那些發(fā)明點(diǎn)和所引用的現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)補(bǔ)充了本發(fā)明特 征的那些。相似地，應(yīng)理解，任何描述的物質(zhì)、特征或制品可與任何其它物質(zhì)、特征或制品組 合使用，且認(rèn)為這些組合在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0128] 在本文獻(xiàn)中引用或描述的每個(gè)專(zhuān)利、專(zhuān)利申請(qǐng)和出版物的公開(kāi)內(nèi)容在此通過(guò)引用 各自以其全文并入本文。 實(shí)施例
[0129] 提供以下實(shí)施例用于說(shuō)明本公開(kāi)描述的一些概念。雖然每個(gè)實(shí)施例被認(rèn)為是提供 組合物、制備方法和用途的具體單獨(dú)實(shí)施方案，但實(shí)施例都不應(yīng)該考慮為限制本文描述的 更普遍的實(shí)施方案。
[0130] 實(shí)施例1 實(shí)施例I. 1-材料 十水鐵（II)氰化鈉 99%，Na4Fe(CN)6*IOH2O;三水鐵（II)氰化鉀 98+%，K4Fe(CN)6CH2O; 鐵（III)氰化鉀ACS99.0%最低，K3Fe(CN)6;乙二醇