[发明专利]保持电解质健康和系统性能的液流电池清洁循环

说明书

一种清洁氧化还原液流电池系统的方法包括：在充电、放电或空闲模式下运行所述氧化还原液流电池系统，并响应于氧化还原液流电池容量小于阈值电池容量，将正电解质与负电解质混合。以这种方式，可以显著减少氧化还原液流电池系统在循环充电和放电之后的电池容量降低。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年4月28日提交的题为“保持电解质健康和系统性能的液流电池清洁循环”、申请号为No.62/491,964的美国临时申请的优先权。上述申请的全部内容出于所有目的通过引用并入本文。

政府支持声明

本发明是在政府支持下根据合同编号DEAR0000261做出的，由美国能源部的ARPA-E办公室授予。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本申请一般涉及氧化还原液流电池系统的运行方法。

背景技术和发明内容

容量降低是所有电池的运行中面临的成本问题。容量降低是由例如在电池的寿命中正电极或负电极副反应、内部短路、离子运动等引起的。在铁氧化还原液流电池的特定示例中，负极侧的副反应包括氢气释放以及由质子(H⁺)和铁离子(Fe³⁺)造成的铁腐蚀。每个副反应都会增加系统的正电解质的不平衡，导致容量降低，这会随着时间而增加，并缩短电池的使用寿命。

通常，通过使用外部(相对于电池单元)子系统来管理正电解质和负电解质的健康状态，氧化还原液流电池系统可以具有比常规电池低的容量损失率。例如，Evans(美国专利9,509,011)公开了一种氧化还原液流电池系统，其具有用于再平衡和管理正电解质的化学状态的子系统。在另一个示例中，Li(美国专利申请2016/0006054)公开了一种氧化还原流体系统，其中可以将附加的化学物质添加到氧化还原液流电池系统中以减少正电解质中的不平衡。

本文的发明人已经认识到上述方法的潜在缺点。具体而言，添加其他化学物质需要单独的罐，并且总体上增加了系统的复杂性和成本。此外，由于子系统效率低下，随着时间和重复的循环，电解质的不平衡以及因此容量降低可能无法得到充分缓解。

在一个示例中，上述问题可以通过一种运行氧化还原液流电池系统的方法来至少部分地解决，该方法包括：使用正电解质泵在正电极室和正电解质室之间循环正电解质，使用负电解质泵在负电极室和负电解质室之间循环负电解质，以及响应于包括当氧化还原液流电池容量小于阈值电池容量时的第一条件，执行电池清洁循环，包括将正电解质与负电解质混合，直到氧化还原液流电池的充电状态(SOC)小于阈值SOC。

以这种方式，与常规电池系统相比，本文所述的系统和方法可以保持提高的氧化还原液流电池系统电解质健康，包括减少由重复和循环的充电和放电引起的电池系统容量降低。具体地，本文描述的系统和方法使得氧化还原液流电池系统能够运行增加的循环次数，而不会经历大于阈值容量损失的容量损失。此外，本文所述的方法和系统可以在利用现有的电解质存储室的情况下执行，而无需另外的电解质存储罐，从而降低了系统复杂性和成本。

应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些构思。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了具有多室电解质存储罐的氧化还原液流电池系统的示例的示意图。

图2和图3示出了用于对图1的氧化还原液流电池系统执行清洁方法的图1的氧化还原液流电池系统的示例性电解质流路配置。

图4示出了用于在清洁模式下运行图1的氧化还原液流电池系统的方法的示例性流程图。

图5示出了图1的氧化还原液流电池系统的电池容量百分比对循环次数的图示。