用于液流电池的隔板层制造技术

一种液流电池包括电化学电池，所述电化学电池具有第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极以及布置在所述第一电极与所述第二电极之间的隔板层。所述隔板层由具有聚合物主链的聚合物形成，所述聚合物主链具有不含不饱和氮的环状基团以及一个或多个键合在所述环状基团之间的极性基团。

【技术实现步骤摘要】
用于液流电池的隔板层背景液流电池(也称为氧化还原液流电池(redoxflowbatteries)或氧化还原液流电池(redoxflowcells))被设计成将电能转化成可储存并随后在需要时释放的化学能。作为一个实例，液流电池可与可再生能源系统(如风力系统)一起使用，以储存超过消费者需求的能量并且随后在存在更大需求时释放所述能量。典型的液流电池包括具有通过离子交换膜分离的负电极和正电极的氧化还原液流电池。将负流体电解质(有时称为阳极电解液)递送至负电极，并且将正流体电解质(有时称为阴极电解液)递送至正电极，以驱动电化学可逆的氧化还原反应。在充电时，所供应的电能引起一种电解质中的化学还原反应和另一种电解质中的氧化反应。隔板防止电解质自由和快速混合，但允许所选择的离子穿过以完成氧化还原反应。在放电时，包含在液体电解质中的化学能在逆反应中释放，并且可从电极提取电能。液流电池与其他电化学装置的区别尤其在于，使用包含参与可逆电化学反应的反应物的外部供应的流体电解质溶液。概述根据本公开的实例的液流电池包括一种电化学电池，所述电化学电池具有第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极以及布置在所述第一电极与所述第二电极之间的隔板层。所述隔板层由具有聚合物主链的聚合物形成，所述聚合物主链具有不含不饱和氮的芳族基团以及一个或多个键合在所述聚合物主链中的极性基团。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述一个或多个极性基团包含选自由硫、氧、氮及其组合组成的组的原子。在任何前述实施方案的另一实施方案中，芳族基团包含氮杂环。在任何前述实施方案的另一实施方案中，聚合物主链不含不饱和氮。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述聚合物包含吸附的酸基团或非共价键合至所述一个或多个极性基团的水性电解质中的至少一种。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述聚合物包括聚醚酰亚胺(PEI)。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述聚合物包括聚酰胺-酰亚胺(PAI)。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述聚合物包括聚醚醚酮(PEEK)。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述聚合物包括聚砜(PSF)。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述聚合物包括聚苯硫醚(PPS)。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述聚合物选自由聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)及其组合组成的组。任何前述实施方案的另一实施方案包括在所述电化学电池外部的供应/储存系统。所述供应/储存系统包括第一容器和第二容器、分别在所述第一容器和所述第二容器中的第一液体电解质和第二液体电解质、将所述第一容器和所述第二容器分别连接至第一电极和第二电极的流体管线以及多个泵，所述泵可操作以经由所述第一容器和所述第二容器与所述电化学电池之间的流体管线循环所述第一液体电解质和所述第二液体电解质。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述隔板层具有小于大约425mΩ*cm2的面比电阻。一种用于液流电池中的隔板层，所述隔板层由具有聚合物主链的聚合物形成，所述聚合物主链具有不含不饱和氮的芳族基团，其中所述隔板层具有小于大约425mΩ*cm2的面比电阻。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述隔板层具有小于大约300mΩ*cm2的面比电阻。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述聚合物选自由聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯乙烯(PS)及其组合组成的组。根据本公开的实例的液流电池包括一种电化学电池，所述电化学电池具有第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极以及布置在所述第一电极与所述第二电极之间的隔板层。所述第一电极和所述第二电极被配置成在大于或等于大约100mA/cm2的电流密度和所述电化学电池外部的供应/储存系统下操作。所述供应/储存系统包括第一容器和第二容器、分别在所述第一容器和所述第二容器中的第一液体电解质和第二液体电解质、将所述第一容器和所述第二容器分别连接至第一电极和第二电极的流体管线以及多个泵，所述泵可操作以经由所述第一容器和所述第二容器与所述电化学电池之间的流体管线循环所述第一液体电解质和所述第二液体电解质。所述隔板层由具有聚合物主链的聚合物形成，所述聚合物主链具有不合不饱和氮的芳族基团以及一个或多个键合在所述聚合物主链中的极性基团。根据本公开的实例的液流电池包括一种电化学电池，所述电化学电池具有第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极以及布置在所述第一电极与所述第二电极之间的隔板层。所述隔板层由具有聚合物主链的聚合物形成，所述聚合物主链具有三嗪基团。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述聚合物主链包含一个或多个键合在所述聚合物主链中的极性基团。在任何前述实施方案的另一实施方案中，所述一个或多个极性基团包含选自由硫、氧、氮及其组合组成的组的原子。附图简述根据以下详细描述，本公开的各种特征和优点对于本领域的技术人员将变得显而易见。伴随详细描述的附图可如下简要描述。图1示出示例性液流电池。详述图1示意性地示出用于选择性地储存和释放电能的示例性液流电池20的多个部分。作为一个实例，液流电池20可用于将在可再生能源系统中产生的电能转化成储存的化学能，直到存在更大需求的稍后时间，在所述时间液流电池20然后将所述化学能转化回成电能。液流电池20例如可向电网供应电能。液流电池20包括具有电化学活性物质24的流体电解质22，所述流体电解质相对于具有电化学活性物质28的另一流体电解质26充当氧化还原对。电化学活性物质24/28包含在所选择的液体溶液(如但不限于水溶液或稀释水性酸如1-5M硫酸)中具有多重可逆氧化态的元素的离子。在一些实例中，多重氧化态是非零价氧化态，如对于过渡金属而言包括但不限于钒、铁、锰、铬、锌、钼及其组合，以及对于其他元素而言包括但不限于硫、铈、铅、锡、钛、锗及其组合。在一些实例中，如果元素容易溶解于处于零价氧化态的所选择液体溶液中，则多重氧化态可包括零价氧化态。此类元素可包括卤素，如溴、氯及其组合。电化学活性物质24/28也可以是含有经历电化学可逆反应的基团的有机分子，如醌。第一流体电解质22(例如，负电解质)和第二流体电解质26(例如，正电解质)包含在包括第一容器32和第二容器34以及泵35的供应/存储系统30中。流体电解质22/26使用泵35通过相应供给管线38输送至液流电池20的至少一个电化学电池36，并且经由返回管线40从电池36返回至容器32/34。供给管线38和返回管线40连接容器32/34与第一电极42和第二电极44。多个电池36可被提供为堆叠。电池36包括第一电极42、与第一电极42间隔开的第二电极44以及布置在第一电极42与第二电极44之间的隔板层46。例如，电极42/44是多孔碳结构，如碳纸或毡。电极42/44可各自被配置用于在相对高的电流密度下操作，如但不限于大于或等于大约100mA/cm2的电流密度。一般来说，一个或多个电池36可包括用于通过流场通道将流体电解质22/26输送至电极42/44的双极板、歧管等。双极板可以是例如碳板。然而，应理解，可使用其他配置。例如，一个或多个电池36可替代地被配置用于流通操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液流电池，其包括：电化学电池，所述电化学电池包括第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极以及布置在所述第一电极与所述第二电极之间的隔板层，其中所述隔板层由具有聚合物主链的聚合物形成，所述聚合物主链具有不含不饱和氮的芳族基团以及一个或多个键合在所述聚合物主链中的极性基团。

【技术特征摘要】
2016.03.24 US 15/0792391.一种液流电池，其包括：电化学电池，所述电化学电池包括第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极以及布置在所述第一电极与所述第二电极之间的隔板层，其中所述隔板层由具有聚合物主链的聚合物形成，所述聚合物主链具有不含不饱和氮的芳族基团以及一个或多个键合在所述聚合物主链中的极性基团。2.如权利要求1所述的液流电池，其中所述一个或多个极性基团包含选自由硫、氧、氮及其组合组成的组的原子。3.如权利要求1所述的液流电池，其中所述芳族基团包含氮杂环。4.如权利要求1所述的液流电池，其中所述聚合物主链不含不饱和氮。5.如权利要求1所述的液流电池，其中所述聚合物包含吸附的酸基团或非共价键合至所述一个或多个极性基团的水性电解质中的至少一种。6.如权利要求1所述的液流电池，其中所述聚合物包括聚醚酰亚胺(PEI)。7.如权利要求1所述的液流电池，其中所述聚合物包括聚酰胺-酰亚胺(PAI)。8.如权利要求1所述的液流电池，其中所述聚合物包括聚醚醚酮(PEEK)。9.如权利要求1所述的液流电池，其中所述聚合物包括聚砜(PSF)。10.如权利要求1所述的液流电池，其中所述聚合物包括聚苯硫醚(PPS)。11.如权利要求1所述的液流电池，其中所述聚合物选自由聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)及其组合组成的组。12.如权利要求1所述的液流电池，其还包括在所述电化学电池外部的供应/储存系统，所述供应/储存系统包括第一容器和第二容器、分别在所述第一容器和所述第二容器中的第一液体电解质和第二液体电解质、将所述第一容器和所述第二容器分别连接至所述第一电极和所述第二电极的流体管线以及多个泵，所述泵可操作以经由在所述第一容器和所述第二容器与所述电化学电池之间的所述流体管线循环所述第一液体电解质和所述第二液体电解质。13.如权利要求1所述的液...

【专利技术属性】
技术研发人员：SA伊斯特曼，W谢，ML佩里，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：美国,US