[发明专利]液流电池元电池的热控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119(e)而要求在2008年10月10日提交的、标题为“Thermal Control Of A Flow Cell Battery”的美国临时申请第61/104,614号的权益，通过引用而将其内容全部合并于此。

技术领域

本发明涉及对液流电池元电池(flow cell battery)进行控制，且更具体地，涉及液流电池元电池的热控制。

背景技术

还原氧化(氧化还原)液流电池按照化学形式来存储电能，并随后经由自发的反向氧化还原反应、按照电学形式来分发所存储的能量。氧化还原液流电池是电气化学的存储装置，其中包含一个或多个溶解的电活化粒种的电解液流经反应堆栅元(reactor cell)，在该反应堆栅元中将化学能转换为电能。相反地，放电的电解液可以流经反应堆栅元，使得将电能转换为化学能。例如，电解液外部地存储在罐中，并且流经其中发生电气化学反应的电池元组。外部存储的电解液可以通过泵送、重力供给、或通过用于使流体流经电池系统的任何其他方法来流经该系统。液流电池中的反应是可逆的；可以对电解液进行再充电，而无需更换电活化材料。因此，氧化还原液流电池的能量与总电解液容积(即，存储罐的尺寸)相关。全功率的氧化还原液流电池的放电时间也取决于电解液容积，并且可以从几分钟到许多天之间变化。

无论在液流电池、燃料电池元、还是蓄电池的情况下，一般都将用于执行电气化学能量转换的最小单位称为“电池元”。一般将以下装置称为“电池”，该装置集成了串联和/或并联地电耦接以取得更高电流、电压或两者的许多这种电池元。然而，通常将包括独自使用的单一电池元的耦接电池元的任何集合称作电池。照这样，可以将单一电池元互换地称作“电池元”或“电池”。

可以在需要存储电能的许多技术中利用氧化还原液流电池。例如，可以利用氧化还原液流电池来存储生产廉价的夜间电，并且随后在生产电更为昂贵、或需求超出当前生产能力的峰值需求期间提供电。还可以利用这种电池来存储绿色能量(即，从诸如风、太阳、波浪或其他非传统资源之类的可再生资源所生成的能量)。可以利用液流氧化还原电池作为不间断电源，来代替更为昂贵的备用发电机。电力存储的高效方法可以用于构造具有内建备用设备的装置，该备用设备用于缓解电力切断或突然电力故障的影响。电力存储装置还可以减少发电站中故障的影响。

其中不间断电源可以重要的其他情形包括但不限于：诸如医院之类的建筑物，其中不间断电力是关键的。还可以利用这种电池来在发展中国家提供不间断电源，许多发展中国家并不具有可靠的电功率源，这导致了间断的电力可用性。

在液流电池中，电解液典型地是多盐溶液。在存在其他盐的情况下每种盐的可溶性取决于每种盐的相对浓度和温度。通常，所有盐在某一温度范围内都是可溶的，并且在该范围之外析出(precipitate)，这导致了对于液流电池系统的损坏和液流电池系统的降低效率。

液流电池的内部电阻取决于电解液溶液温度。典型地，随着电解液温度增加，内部电阻降低，并故此，该系统的效率增加。因此，为了高效地操作电池系统，可以在高温度处操作液流电池系统。然而，在某些化学性质中，一种或多种电解液盐可能在高温度处在溶液中分解，这导致了对于该系统的永久破坏或该系统中的效率临时降低。而且，在更高的温度处，寄生反应(例如，H₂或O₂生成)可能出现，其可以抵消上面提及的效率增益。

因此，当电解液温度维持在某一范围(即，高效操作范围)内时，液流电池元电池的操作是最优的。氧化还原液流电池在温度范围内(例如，在大约30℃和大约50℃之间)高效地操作。然而，液流电池可经历随时间而广泛变化的热环境。例如，温度可在白天炎热而在夜晚寒冷，其在二十四小时时段的过程中变化几十度。传统的液流电池采用加热器和制冷器来控制电解液的温度。然而，这些技术导致了附加的装备成本和更高的操作成本。故此，期望具有一种消耗最小数量的能量并且不使用加热器和/或制冷器的用于维持电解液温度的热控制技术。

发明内容

与本发明的实施例相符地，一种液流电池元电池可以包括：至少一个罐，用于保持电解液溶液；外壳，围绕该至少一个罐，该外壳具有内部和外部，其中具有第一流体；以及总管(manifold)，在热学上(thermally)耦接在该外壳和该至少一个罐之间，该总管允许流体环绕该至少一个罐而循环。

下面，参考以下附图来进一步描述本发明的这些和其他实施例。

附图说明