[发明专利]氧化还原流通单元电池再平衡

说明书

技术领域

本公开内容涉及还原-氧化(氧化还原)流通单元电池(cell)，且特别地涉及可用于氧化还原流通单元电池的再平衡系统。

背景技术

对于新型且创新的电力储存系统有日益增加的需求。氧化还原电池(battery)已成为有吸引力的用于这样的能量储存的装置。在一些应用中，氧化还原流通电池可包括一个或多个氧化还原流通单元电池。氧化还原流通单元电池各自可包括设置在单独的半电池室中的正极和负极。所述两个半电池可通过多孔或离子选择性膜隔开，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，电解质(日极电解质和阴极电解质)流动通过所述半电池，经常使用外部泵送系统。以这种方式，流通单元电池中的膜在含水电解质环境中运行。在一些应用中，含铁离子的盐酸水溶液可用作阴极电解质，而含铬离子的盐酸水溶液可用作阳极电解质。在一些应用中，含铬和铁离子的溶液的混合物可用在氧化还原单元电池的两侧。使用混合的反应物消除了高选择性膜的需求，因为两个半电池的电解质组成在放电状态下相同。

典型地，氧化还原流通电池的充电和放电导致两个电解质溶液之间的电荷状态的不等。与某些离子的还原竞争的寄生反应可导致形成不希望的副产物。例如，在酸性电解质的情况下，某些寄生反应可产生氢气。

因此，存在开发氧化还原电池系统的需求，所述氧化还原电池系统有效地除去或再循环在流通电池的充电/放电循环期间产生的寄生副产物以使两个电解质溶液之间的电荷状态再平衡。

发明内容

在实施方式中，氧化还原流通电池系统包括氧化还原流通单元电池和与所述氧化还原流通单元电池连接的再平衡系统。所述再平衡系统包括安置为与包括至少一个紫外辐射源的至少一个光化学池(photochemical cell)流体连通的至少一个电化学再平衡池(electrochemical rebalance cell)。在一些实施方式中，所述氧化还原流通电池系统进一步包括至少一个阳极电解质储存器，其包括含水阳极电解质溶液。在一些实施方式中，所述阳极电解质溶液包括酸和至少一种金属盐。在一些实施方式中，所述氧化还原流通电池系统进一步包括至少一个阴极电解质储存器，其包括阴极电解质溶液。

符合本文中描述的实施方式的一些，提供再平衡池和使用其的方法。在一些实施方式中，所述再平衡池包括至少一个紫外辐射源、至少一种阳极电解质溶液、至少一种阴极电解质溶液、通过膜隔开的阳极室和阴极室、以及设置在所述阳极室和阴极室的各自中的电极。在一些实施方式中，所述至少一种阳极电解质溶液包括含水酸和至少一种金属盐。在一些实施方式中，所述至少一种阴极电解质溶液也包括含水酸和至少一种金属盐。

在本文中描述的一些实施方式中，描述了包括至少一个再平衡池的再平衡系统。在一些实施方式中，所述再平衡系统进一步包括至少一个阳极电解质储存器，其包括至少一种含水阳极电解质溶液。在一些实施方式中，所述至少一种阳极电解质溶液包括酸和至少一种金属盐。在一些实施方式中，所述再平衡系统进一步包括至少一个阴极电解质储存器，其包含至少一种阴极电解质溶液。在一些实施方式中，所述再平衡系统的至少一个再平衡池安置为与至少一个H₂气体源流体连通。在一些实施方式中，所述至少一个H₂气体源为氧化还原流通单元电池。

附图说明

受益于实施方式的以下详细描述和参考附图，本发明的优点对于本领域技术人员变得明晰，其中：

图1A描绘填充有电解质的氧化还原流通单元电池；

图1B描绘包括氧化还原流通单元电池组的电池；

图2描绘与再平衡系统连接的氧化还原流通单元电池；

图3描绘再平衡池的实施方式；

图4描绘与再平衡系统连接的氧化还原单元电池；

图5描绘用于再平衡池例如图4中所示的再平衡池的控制系统；

图6描绘可由传感器系统使用的曲线图；

图7描绘可通过图5中所示的控制系统执行的状态机图(state machine diagram)的实施方式。

图8描绘气体浓度监控系统；

图9描绘浓度传感器；

图10描绘浓度传感器的另一实施方式；

图11、12和13描绘各种传感器系统。

在图中可能的地方，具有相同功能的元件具有相同的标记。