[发明专利]含有平衡装置的铁铬氧化还原液流电池系统及其生产和操作方法

说明书

一种包括氧化还原液流电池的系统，该系统包括：含有铬离子的负极电解液，含有铁离子的正极电解液，具有与负极电解液接触的第一电极的第一半电池，具有与正极电解液接触的第二电极的第二半电池，以及将第一半电池与第二半电池分开的第一分离隔膜。该系统还包括一个平衡装置，该平衡装置包括含有钒离子的平衡电解液，具有与负极电解液或正极电解液接触的第三电极的第三半电池，具有与平衡电解液接触的第四电极的第四半电池，以及在平衡电解液中，或可引入平衡电解液中的还原剂，以还原二氧化钒离子。

相关专利申请

本专利申请要求2019年5月20日申报的美国临时专利申请62/849，959的权益，其通过整体引用并入本文。

技术领域

本发明属于氧化还原液流电池系统及其制造和使用领域。本发明特别是关于铁铬(Fe-Cr)氧化还原液流电池系统及其制造和使用。

背景技术

在过去的十年中，可再生能源的发电成本迅速下降，并且随着部署更多的可再生能源发电组件(例如太阳能电池板)，其成本会进一步下降。但是，可再生能源发电(例如太阳能、水力发电和风能)通常是间歇性的，不能为用户负载提供稳定的电力供给。这就需要生产制造一种低成本且可靠的电能存储系统，以存储由可再生能源产生的电力，并在可再生能源产生的电力不足时向用户供电。

发明内容

一种实施方案是一个系统，其中包括一个铁铬氧化还原液流电池系统，该系统包括具有铬离子的负极电解液，具有铁离子的正极电解液，第一半电池和第二半电池，第一半电池具有与负极电解液接触的第一电极，第二半电池具有与正极电解液接触的第二电极，以及将第一半电池与第二半电池分开的第一分离隔膜。该系统还包括一个平衡装置，该平衡装置中包括具有钒离子的平衡电解液，具有与负极电解液或正极电解液接触的第三电极的第三半电池，具有与平衡电解液接触的第四电极的第四半电池，以及加在或引入到平衡电解液中的还原剂，以还原其中的二氧化钒离子。

在至少一些实施方案中，系统还包括第二分离隔膜，其将第三半电池与第四半电池分开。在至少一些实施方案中，系统还包括加在或可加在第三和第四电极上的电势源，以在第三和第四电极之间提供电势。

在至少一些实施方案中，该系统还进一步包括：一种中间电解液，该中间电解液含有a)V³⁺和V²⁺或b)Fe³⁺和Fe²⁺，或a)和b)的任何组合；第五半电池，其具有与中间电解液接触的第五电极，和在第三半电池和第五半电池之间的第二分离隔膜；第六半电池，其具有与中间电解液接触的第六电极，以及在第四半电池和第六半电池之间的第三分离隔膜。在至少一些实施方案中，该系统还进一步包括至少一个电源，该电源加在或可加在a)第三和第五电极以在第三和第五电极之间提供电势，以及b)第四和第六电极以在第四和第六电极之间提供电势。

在至少一些实施方案中，第三半电池与正极电解液接触。在至少一些实施方案中，还原剂包括一种有机化合物。在至少一些实施方案中，还原剂包括糖、羧酸、醛或醇。在至少一些实施方案中，还原剂包括氢气。在至少一些实施方案中，还原剂包括果糖、葡萄糖或蔗糖。

在至少一些实施方案中，系统被配置为在氧化还原液流电池系统的操作期间连续地操作平衡装置。在至少一些实施方案中，系统被配置为在氧化还原液流电池系统的操作期间间歇地或周期性地操作平衡装置。

在至少一些实施方案中，系统被配置成独立于氧化还原液流电池系统来操作平衡装置。在至少一些实施方案中，平衡装置和氧化还原液流电池系统被进一步集成并使用至少一个公共部件。

另一个实施方案是一种操作上述任何系统的方法。该方法包括将平衡电解液中的钒离子氧化成二氧化钒离子以产生氢离子；并通过使用还原剂还原二氧化钒离子来再生钒离子。