钒液流蓄电池中的电化学平衡制造技术

本发明专利技术提供了使用钒化学的液流电池系统。该液流电池系统包含层叠体、用于电解液的存储槽、和连接为校正电解液氧化态的再平衡系统。本发明专利技术还公开了将在液流电池系统中的负不平衡和正不平衡再平衡的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求在2012年5月25日提交的美国临时申请号61/651,943和在2013年3月15日提交的美国非临时申请号13/843,085的优先权，它们的全部内容通过引用以其全部结合在此。背景1.
本公开涉及液流电池系统，且特别涉及使用基于钒的化学的液流电池系统中的再平衡。2.相关技术的讨论对于新颖的和创新性的电力存储系统存在着日益增加的需求。氧化还原液流电池蓄电池已经成为用于这种能量存储的有吸引力的手段。在某些应用中，氧化还原液流电池蓄电池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安置在单独的半电池隔室中的正极和负极。所述两个半电池可以被多孔膜或离子选择膜隔开，在氧化还原反应期间，离子传输通过所述膜。当氧化还原反应发生时，使电解液(阳极液和阴极液)流动通过半电池，这通常用外部泵送系统进行。以这种方式，氧化还原液流电池蓄电池中的膜在水性电解液环境中运行。为了提供能量的持续供应，重要的是，氧化还原液流电池蓄电池系统的多个组件适当地运行。例如，氧化还原液流电池蓄电池性能可以基于如充电状态、温度、电解液水平、电解液的浓度等参数和故障情况如泄漏、泵的问题以及对于向电子设备供电的电力供应故障改变。基于钒的液流电池系统已经提出了一段时间。然而，在开发在经济上可行的基于钒的系统中，已经存在许多挑战。这些挑战包括，例如，钒电解液的高成本、合适的膜的高成本、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、堆叠体泄漏、膜性能如积垢、电极性能如分层和氧化、再平衡电池工艺以及系统监控和操作。因此，对于更好的使用钒化学的氧化还原液流电池蓄电池系统，存在着需要。概述按照一些实施方案，公开了具有再平衡系统的液流电池系统。在一些实施方案中，液流电池系统包括：液流电池的堆叠体；多个电解液存储槽，所述电解液存储槽被连接为向所述堆叠体提供电解液和从所述堆叠体接收电解液；和再平衡系统，所述再平衡系统被连接为调节在所述多个电解液存储槽中存储的所述电解液。根据本专利技术的一些实施方案的用于将正不平衡再平衡的方法包括引入还原剂。在其他实施方案中，可以以受控的方式将具有V4+/V5+的电解液用具有V2+/V3+的电解液交换，以将正不平衡再平衡。根据本专利技术的一些实施方案的用于将负不平衡再平衡的方法包括引入氧化剂。在其他实施方案中，可以使空气流动进入液流电池系统，以将负不平衡再平衡。此外，在其他实施方案中，可以以受控的方式将具有V2+/V3+的电解液用具有V4+/V5+的电解液交换，以将负不平衡再平衡。下文将参考以下附图更加详细地描述这些和其他实施方案。附图简述图1A图示了根据本专利技术的一些实施方案的液流电池系统。图1B图示了可以使用于在图1A中图示的液流电池系统中的钒化学。图2图示了根据本专利技术的一些实施方案的实例再平衡系统。图3显示了使用在图2中图示的再平衡系统的实施方案的一些再平衡数据。图4显示了使用在图2中图示的再平衡系统的实施方案的一些再平衡数据。图5图示了根据本专利技术的一些实施方案的另一个实例再平衡系统。图6显示了在26C和45C温度使用在4M HCl中的2M钒作为电解液的液流电池系统的开路电压(OCV)作为充电状态(SOC)的函数的图。图7显示了使用在图1A中图示的再平衡系统的实施方案的一些再平衡数据。通过阅读以下详细描述，可以更好地理解附图。附图不是按比例尺的。详细描述将理解的是，本专利技术不限于特定的装置或方法，其当然可以改变。还将理解的是，本文中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且不意在进行限制。使用基于钒的化学的钒液流电池系统已被公开。一些小组研究了在H2SO4中的钒/钒电解液。在那种工作中，V2O5+V2O3+H2SO4生成VOSO4。V2O5+H2SO4的电化学还原也可以生成VOSO4。然而，已经证实该电解液的制备是困难且不实用的。另一个小组已经通过将VOSO4溶解在HCl中尝试了H2SO4和HCl的混合物。然而，再一次地，已经证实该电解液对于不含硫酸根的制剂是昂贵且不实用的。可以用于此系统中的不含硫酸根的钒电解液进一步描述在美国专利申请序列号13/651,230中，其通过引用以其全部结合在此。图1A从概念上图示了根据本专利技术的一些实施方案的液流电池系统100。如在图1A中所示，液流电池系统100包含堆叠体102。堆叠体102是单独的液流电池146的堆叠的排列，每个液流电池146包括被膜148隔开的两个半电池。膜148可以是透离子膜，如例如在美国专利号7,927,731中所述的，其通过引用以其全部结合在此。而且，电池146的每个半电池包含电极150。端电池包含端电极152和154。控制器142连接至端电极152和154，以控制进出堆叠体102的电荷。控制器142当系统100放电时将来自堆叠体102的电荷提供至端子156和158，且当充电时从端子156和158接收电荷以提供至堆叠体102。依次地，端子156和158当系统100放电时连接为向负载提供电流，并且连接至电源(例如，风力发电机、太阳能电池、柴油发电机、电网、或其他电力源)用于系统100的充电。如在图1A中图示的，使电解液溶液流动通过电池146的每个半电池。使阴极液流动通过半电池中的一个且使阳极液流动通过半电池中的另一个。尽管已经提议了其他化学用于系统100中，但在一些实施方案中，使用基于钒的化学以保持电荷和从堆叠体102提供电荷。钒化学包括在电池146的负半电池中的V3++e-→V2+的反应和在电池146的正半电池中的VO2++H2O→VO2++2H++e-(V4+→V5++e-)的反应。在使用钒化学的堆叠体102中，每个电池的理论开路电压则为1.25V，(-0.25V来自一个半电池和1.00V来自另一个半电池108)，对于此化学，实际开路电压为1.41V，如在图6中图示的。图6图示了，对于在26C和45C的温度使用在4M HCL中的2M钒的钒化学，作为充电状态的函数的开路电压。如在图6中图示的，开路电压在50％SoC为约1.41V。在反应期间，离子H+和Cl-可以横穿膜148。如在图1A中图示的，电解液存储在槽104和106中。槽104通过管道108和110流体连接至堆叠体102。可以通过泵116将在槽104中存储的电解液泵送通过堆叠体10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液流电池系统，所述液流电池系统包含：液流电池的堆叠体；多个电解液存储槽，所述电解液存储槽连接为向所述堆叠体提供电解液和从所述堆叠体接收电解液；和再平衡系统，所述再平衡系统连接为调节存储在所述多个电解液存储槽中的电解液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.25 US 61/651,943;2013.03.15 US 13/843,0851.一种液流电池系统，所述液流电池系统包含：
液流电池的堆叠体；
多个电解液存储槽，所述电解液存储槽连接为向所述堆叠体提供电解
液和从所述堆叠体接收电解液；和
再平衡系统，所述再平衡系统连接为调节存储在所述多个电解液存储
槽中的电解液。
2.权利要求1所述的液流电池系统，其中，所述再平衡系统将还原剂
引入至所述电解液，以校正正不平衡。
3.权利要求2所述的液流电池系统，其中，所述还原剂包括温和的有
机还原剂，所述温和的有机还原剂包含醇、甲醇、乙二醇、甘油、有机酸、
甲酸、草酸和甘油中的至少一种。
4.权利要求1所述的液流电池系统，其中，所述再平衡系统引入氧化
以校正负不平衡。
5.权利要求4所述的液流电池系统，其中，所述再平衡系统包括连接
至注射器管的气泵。
6.权利要求4所述的液流电池系统，其中，所述再平衡系统包括文丘
里泵，和连接至注射器管的阀。
7.权利要求4所述的液流电池系统，其中，所述再平衡系统将氧化剂
引入至所述电解液，以校正负不平衡。
8.权利要求7所述的液流电池系统，其中，所述氧化剂含有氧、过氧
化氢、氯或处于5+或4+氧化态的钒离子中的至少一种。
9.权利要求1所述的液流电池系统，其中，将具有V4+/V5+的电解液
用具有V2+/V3+的电解液交换，以校正正不平衡。
10.权利要求1所述的液流电池系统，其中，将具有V2+/V3+的电解液
用具有V4+/V5+的电解液交换，以校正负不平衡。
11.权利要求1所述的液流电池系统，其中，所述再平衡系统被控制<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马吉德·凯沙瓦齐，祖革，吉勒斯·Y·尚帕涅，赖因德·J·布尔斯马，
申请(专利权)人：伊莫基动力系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US