具有限制電壓裝置的液流電池的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本公開涉及用于選擇性地儲存和釋放電能的液流電池。
[0002]液流電池(還稱為氧化還原液流電池或氧化還原液流單元)被設(shè)計成將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，所述化學(xué)能被儲存且隨后在存在需要時被釋放。作為示例，液流電池可與可再生能量系統(tǒng)(例如風(fēng)力系統(tǒng))一起使用，以儲存超過用戶需求的能量，并且隨后在存在更大的需求時釋放能量。
[0003]典型的液流電池包括氧化還原液流單元，其具有由電解質(zhì)層隔開的負電極和正電極，該電解質(zhì)層可包括分離器，例如離子交換膜。負液體電解質(zhì)傳遞至負電極并且正液體電解質(zhì)傳遞至正電極以驅(qū)動可逆的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)。一經(jīng)充電，所提供的電能就會使得在一個電解質(zhì)中發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)并且在另一個電解質(zhì)中發(fā)生氧化反應(yīng)。分離器防止電解質(zhì)混合但允許所選擇的離子穿過以完成氧化還原反應(yīng)。一經(jīng)放電，包含在液體電解質(zhì)中的化學(xué)能就會在可逆的反應(yīng)中被釋放并且電能可從電極處取得。液流電池與其他電化學(xué)裝置的不同之處尤其在于，使用了外部提供的液體電解質(zhì)溶劑，所述液體電解質(zhì)溶劑包括參與可逆的電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]所公開的是一種液流電池，其包括至少一個單元，所述至少一個單元具有第一電極、第二電極和電解質(zhì)分離器層，所述第二電極與所述第一電極間隔開，所述電解質(zhì)分離器層布置在第一電極和第二電極之間。儲存部分與至少一個單元流體連接。至少一種液體電解質(zhì)包括電化學(xué)活性物質(zhì)并且可選擇性地傳遞至所述至少一個單元。電路與第一電極和第二電極聯(lián)接。電路包括限制電壓裝置，所述限制電壓裝置構(gòu)造成響應(yīng)于至少一個單元從相對于有源(active)的充電/放電模式的無源(inactive)的關(guān)閉模式的過渡而限制跨過第一電極和第二電極的電壓電勢。
[0005]還公開的是一種控制液流電池中腐蝕的方法。所述方法包括將液流電池過渡至相對于有源的充電/放電模式的無源的關(guān)閉模式或從該模式過渡。該液流電池包括至少一個單元，所述至少一個單元具有第一電極、第二電極和電解質(zhì)分離器層，所述第二電極與所述第一電極間隔開，所述電解質(zhì)分離器層布置在第一電極和第二電極之間。在過渡期間使用限制電壓裝置來限制跨過液流電池的第一電極和第二電極的電壓電勢，所述限制電壓裝置布置在電路中，所述電路與第一電極和第二電極電性聯(lián)接。
【附圖說明】
[0006]從下文【具體實施方式】中，本公開的各種特征和優(yōu)點對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是清楚的。隨附【具體實施方式】的附圖可簡要地描述如下。
[0007]圖1示出具有限制電壓裝置的示例性液流電池。
[0008]圖2示出具有限制電壓裝置的另一示例性液流電池，其具有多個電阻器。
[0009]圖3示出具有限制電壓裝置和提供覆蓋氣體的氣體源的液流電池的另一示例。
[0010]圖4示出控制液流電池中腐蝕的示例性方法。
【具體實施方式】
[0011]圖1示意性地示出用于選擇性地儲存和釋放電能的示例性液流電池20的部分。作為示例，液流電池20可用于將在可再生的能量系統(tǒng)中產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，其被儲存，直到存在然后液流電池20將化學(xué)能轉(zhuǎn)化回電能的更大需求的稍后時間。例如，液流電池20可將電能提供至電網(wǎng)。如所描述的，所公開的液流電池20包括用于增加腐蝕防護的特征。
[0012]液流電池20包括液體電解質(zhì)22，該液體電解質(zhì)具有電化學(xué)活性物質(zhì)(activespecie) 24，其起到與附加的液體電解質(zhì)26和電化學(xué)活性物質(zhì)28有關(guān)的氧化還原對的作用。例如，電化學(xué)活性物質(zhì)24和28基于釩、溴、鐵、鉻、鋅、鈰、鉛或其組合。在實施例中，液體電解質(zhì)22和26是包括一個或多個電化學(xué)活性物質(zhì)24和28的水溶劑。替代地，液體電解質(zhì)22或26的單獨一個可與氣態(tài)反應(yīng)物結(jié)合地使用。就這一點，液流電池20具有至少一種液體電解質(zhì)(22或26)，所述至少一種液體電解質(zhì)具有電化學(xué)活性物質(zhì)(24或28)。
[0013]液體電解質(zhì)22 (例如陽極電解質(zhì))和26 (例如陰極電解質(zhì))容納在儲存部分30中，該儲存部分包括各自的儲存罐32和34。如所示出的，儲存罐32和34大體相當(dāng)于圓柱形儲存罐；然而，儲存罐32和34可替代地具有其他形狀和尺寸。
[0014]液體電解質(zhì)22和26經(jīng)由各自的進給管線38傳遞(例如泵送)至液流電池20的一個或更多個單元36，并且從一個或多個單元36處經(jīng)由返回管線40返回至儲存罐32和34。單兀36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(zhì)分離器層46?？傮w上，一個或多個單元36可包括雙極板、歧管以及類似的裝置，用于將液體電解質(zhì)22和26通過流場通道傳遞至電極42和44。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，其他構(gòu)型也可被使用。例如，一個或多個單元36可替代地構(gòu)造用于流過操作，其中液體電解質(zhì)22和26被直接地泵送至電極42和44，而不使用流場通道。
[0015]電解質(zhì)分離器層46可為離子交換膜，或微多孔聚合物膜，或如SiC的材料的電隔離微多孔基體，其防止液體電解質(zhì)22和26快速混合而是允許所選擇的離子穿過而完成氧化還原反應(yīng)，同時電性隔離兩個電極42和44。多個單元36還可成堆地設(shè)置。
[0016]液體電解質(zhì)22和26傳遞至單元36以將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能或以逆反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成可被釋放的電能。電能經(jīng)由電路48傳送至單元36并且從單元36處傳送，所述電路與電極42和44電性聯(lián)接。電路48包括限制電壓裝置50。如所描述的，限制電壓裝置50構(gòu)造成一個或多個單元36 —旦過渡成相對于有源的充電/放電模式的無源的關(guān)閉模式或從其過渡，就限制跨過電極42和44的電壓電勢V。
[0017]液流電池20具有多個使用模式，包括無源的關(guān)閉模式。所述模式由液流電池20的不同物理狀態(tài)來表示。例如，液流電池20具有有源的充電/放電模式，其中液體電解質(zhì)22和26從儲存罐32和34連續(xù)地流通經(jīng)過一個或多個單元36以及回到儲存罐32和34中。在充電/放電模式中，液流電池由來自電路48的電能充電或?qū)㈦娔茚尫胖岭娐?8。此外，一個或多個單元36大體或完全地填充有液體電解質(zhì)22和26。例如，在充電/放電模式期間，一個或多個單元的多孔體積理想地100%填充有液體電解質(zhì)并且至少90%填充有液體電解質(zhì)22和26。
[0018]液流電池20在未供充電或放電使用時從充電/放電模式過渡成無源的關(guān)閉模式，或者供啟動使用時相反地過渡。取決于選擇許多無源的關(guān)閉模式中的哪一個，關(guān)閉液流電池20可存在許多不同的步驟。在一個示例中，液體電解質(zhì)22和26至少關(guān)于有源的泵送在無源的關(guān)閉模式中是靜止的，使得液體電解質(zhì)22和26不會流過一個或多個單元36并且主要保持在各自的儲存罐32和34中。
[0019]在另一示例中，一個或多個單元36在關(guān)閉模式中至少部分地排出液體電解質(zhì)22和26，使得一個或多個單元36的部分或全部是空的。例如，一個或多個單元36在關(guān)于一個或多個單元36的多孔的體積中的液體電解質(zhì)22和26多于90%是空的。在此情況下，一個或多個單元36的多孔的體積大多數(shù)填充有來自儲存罐的頂部空間的氣體，其由從單元排出的液體體積替代。當(dāng)單元排出液體時，空氣也可滲入所述系統(tǒng)并且進入單元。
[0020]在另一示例中，如上文所述的，一個或多個單元36在關(guān)閉模式中至少部分地排出液體電