[发明专利]氧化还原流通单元电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年7月1日提交的题为“Redox Flow Cell”的美国专利申请序号12/217,059的优先权；将该申请的公开内容如同在本文中完全描述一样引入本文作为参考以用于所有目的。

背景

技术领域

本发明涉及还原-氧化(氧化还原)流通电池或者氧化还原流通单元电池领域，并且特别地涉及包含实现有利的品质因数(FOM)以改善电压和库仑效率的离子交换膜(IEM)的氧化还原流通电池。

背景技术

还原-氧化(氧化还原)流通电池以化学形式储存电能，并且随后通过自发的反向氧化还原反应将所储存的能量以电形式放出。在例如Thaller的美国专利3,996,064中已经对引入外部液体电解质的氧化还原流通电池的方面进行了描述，将该专利全部引入本文作为参考。

氧化还原流通电池是其中含有一种或多种溶解的电活性物质的电解质流过其中将化学能转化为电能的反应器单元的电化学储存装置。相反地，放电的电解质可流过反应器单元，使得电能转化为化学能。电解质是外部储存的，例如储存在罐中，并且流过其中发生电化学反应的一组单元。外部储存的电解质可通过如下流过电池系统：泵送、重力自流进料、或者任何其它使流体穿过该系统的方法。流通电池中的反应是可逆的。然后可将所述电解质再充电(再装料，recharge)而不更换所述电活性材料。因此，氧化还原流通电池的能量密度与总电解质体积例如储罐的尺寸有关。氧化还原流通电池在全功率下的放电时间也取决于电解质体积并且通常从几分钟到许多天变化。

无论是在流通电池、燃料电池还是二次电池的情况下，进行电化学能量转化的最小部件(unit)通常称为“单元电池(cell)”。将串联或并联电连接的许多这样的单元电池集成以获得更高的电流或电压或两者的装置通常称为“电池(battery)”。然而，通常将连接的单元电池的任意集合(包括以其自身使用的单个单元电池)称作电池。因此，单个单元电池可互换地称为“单元电池”或“电池”。

氧化还原流通电池可用于许多需要储存电能的技术中。例如，氧化还原流通电池可用于储存廉价生产的夜间电力以随后在较昂贵地生产电力或者需求超过当前生产能力时的高峰需求期间提供电力。这样的电池可用于储存绿色能量，即由可再生来源例如风、太阳、波浪或者其它非常规来源产生的能量。

基于电力运行的许多装置由于其供电的突然去除被不利地影响。氧化还原流通电池可用作不间断电源来替代较昂贵的备用发电机。可使用有效的储能方法以构造具有使停电或者突然电源故障的影响减轻的内置备用设备的装置。储能装置还可降低发电站中的故障的影响。

其中不间断电源可为重要的其它情况包括，但不限于，其中不间断电源是关键的建筑例如医院。这样的电池可用于在发展中国家提供不间断电源，许多发展中国家不具有可靠的电源，导致间歇的电力可用性。氧化还原流通电池的另一可能用途是在电动车辆方面。可通过更换电解质对电动车辆快速“再充电”。所述电解质可与所述车辆分开地再充电和再利用。

因此，需要氧化还原流通单元电池以及由其形成的电池的改善的性能和长寿命。

发明内容

符合本发明的实施方式，提出了具有有利的离子交换膜的还原-氧化流通单元电池。根据本发明的氧化还原流通单元电池可包括：具有第一电解质的第一半单元电池；具有第二电解质的第二半单元电池；和将所述第一半单元电池和所述第二半单元电池隔开的多孔膜，所述多孔膜的品质因数(FOM)至少为最小FOM，其中FOM＝(T²η)/P，其中T为膜厚，P为膜的平均孔径，和η为所述第一电解质和所述第二电解质的平均粘度。

提供用于符合本发明实施方式的流通电池的多孔膜的方法包括：确定品质因数；由所述多孔膜的孔径或厚度确定第一参数；基于所述品质因数，由所述多孔膜的未作为所述第一参数的孔径或厚度确定第二参数；和构造具有所确定的孔径和厚度的多孔膜。

以下参照附图对本发明的这些和其它实施方式进行进一步的描述。

附图说明

图1说明符合本发明实施方式的还原-氧化单元电池。

图2说明可用于图1中所示的还原-氧化单元电池中的多孔离子交换膜。

图3说明符合本发明实施方式的膜中的品质因数和扩散电流之间的关系。

图4说明对于包括符合本发明实施方式的一些膜的若干多孔膜的随负载电流密度变化的流通单元电池的往返(round-trip)效率。