[发明专利]钒液流电池

说明书

相关申请

本申请要求2012年5月10日提交的美国临时申请号61/645,495的优先权，并且要求2013年3月15日提交的美国非临时申请号13/842,446的优先权，它们的全部内容通过引用作为整体结合在此。

背景

1.技术领域

本公开内容涉及液流电池系统并且，特别是，涉及使用基于钒的化学的液流电池系统。

2.相关技术公开

对于新的和创造性的电能储存系统存在增加的需求。氧化还原液流电池的电池组对于这种能量储存成为有吸引力的方式。在特定的应用中，氧化还原液流电池的电池组可以包括一个或多个氧化还原液流电池。氧化还原液流电池的每一个可以包括放置在分开的半电池隔间中的正和负电极。两个半电池可以由多孔或离子选择性膜分隔，在氧化还原反应过程中离子从其传递穿过。当氧化还原反应发生时，电解液(阳极电解液和阴极电解液)通常借助于外部泵送系统流动穿过半电池。以这种方式，氧化还原液流电池电池组中的膜在水性电解液环境中运行。

为了提供能量的持续供给，重要的是氧化还原液流电池电池组系统的多个组件适当地发挥功能。氧化还原液流电池电池组性能，例如，可以基于参数如充电状态、温度、电解液液面、电解液的浓度和故障情况如泄漏、泵问题和用于给电子器件供电的电源故障改变。

已经提出了基于钒的液流电池系统一段时间。然而，在开发经济可行的基于钒的系统上存在很多挑战。这些挑战包括，例如，钒电解液的高成本、适当的膜的高成本、稀电解液的低能量密度、热管理、钒中的杂质水平、不一致的性能、层叠体泄漏、膜性能如垢化、电极性能如剥离和氧化、再平衡电池技术，以及系统监控和操作。

因此，对于更好的氧化还原液流电池电池组系统存在需要。

概述

根据一些实施方案，液流系统包括液流层叠体，冷却热交换器，以及执行状态机的控制器。根据一些实施方案的具有端板结构的液流电池系统用层叠体包括导电板；绝缘端板，所述绝缘端板具有用于接收插头的袋口；具有电极的框架；毡；和在毡上形成的衬垫，其中在流动跨越毡的流体中形成隧道。根据本发明的一些实施方案的电解液热交换器包括液流域介质；和分离液流域介质的传热片，其中电解液和热交换流体可以流动穿过电解液热交换器。根据本发明的控制器可以包括初始化状态；充电状态；放电状态；浮动状态；休眠状态；和关闭状态，其中在各状态之间进行转换。

下面将参考附图进一步详细描述这些和其他实施方案。

附图简述

图1A示例根据本发明的一些实施方案的液流电池系统。

图1B示例如图1A中所示的用于液流电池系统的化学原理。

图2示例根据本发明的一些实施方案的层叠体的实例。

图3示例图2中所示的层叠体中的衬垫的一部分的放大图。

图4示例根据本发明的一些实施方案的端板的实施方案。

图5示例根据本发明的一些实施方案的端板的截面。

图6还示例了根据本发明的一些实施方案的端板。

图7A和7B进一步示例根据本发明的一些实施方案的端板。

图8A和8B进一步示例根据本发明的一些实施方案的端板。

图9A和9B示例了如图1A中所示的电解液热交换器的一些实施方案。

图10示例可以用于控制图1A中所示的液流电池系统的状态机。

通过阅读以下详述可以更好地理解附图。附图不是按比例绘制的。

详述

公开了采用基于钒的化学的钒液流电池系统。一个组研究了H₂SO₄中的钒/钒电解液。在该努力中，V₂O₅+V₂O₃+H₂SO₄产生VOSO₄。V₂O₅+H₂SO₄的电化学还原还可以产生VOSO₄。然而，电解液的制备被证明是困难的并且不实际的。另一个组尝试了通过将VOSO₄溶解在HCl中的H2SO4和HCl的混合物。然而，再一次，电解液被证明是昂贵的并且制备无硫酸盐制剂是不实际的。