[发明专利]有多个不同孔径和/或不同层电极的液流电池

说明书

交叉参考相关应用

申请人特此要求对2011年4月11日提交的美国专利号为13/084,156的专利之优先权，其公开的内容纳入本文作为参考。该申请还与2009年12月18日提交的PCT申请号为PCT/US09/68681的专利，2011年2月7日提交的美国专利号为13/022,285的专利和2011年2月8日提交的美国专利号为13/023,101的专利 有关，其内容全部纳入本文作为参考。

背景技术

1.技术领域

本发明主要关于液流电池，尤其是关于有多个不同孔径和/或不同层电极的液流电池。

2.背景技术

典型的液流电池系统包括一液流蓄电池组层积，每一电池的正负极之间是一离子交换膜。运行时，阴极电解液从正极流过，阳极电解液从负极流过。阴极和阳极溶液都发生可逆氧化还原反应（“还原”）的电化学反应。反应时，离子透过离子交换膜，电子经外部电流输送，从而完成该电化学反应。

正负极可由碳毡材料制成。这种碳毡材料通常有许多尺寸大致均匀的空隙，可促使电子溶液从中均匀地分布。每一电极的厚度相对较大（例如：大于3.2毫米（mm），约125/1000英寸（mil）），其尺寸可减少沿电极长度方向的压力降低，该长度大致与厚度垂直。但这种相对较大的电极厚度会实质上增加离子通过电极厚度时的传导阻力。因此，厚度相对较大的电极可增加液流蓄电池组电池电压的低效性,特别是当该液流蓄电池组电池在相对较高的电流密度下运行时,比如大于100毫安（mA）每平方厘米（cm²）（约645 mA每平方英寸（in²））。

因此，液流蓄电池组电池有一种技术上的需要，使之能在相对较高的电流密度下运行时不会明显增加电压的低效性。在相对较高的电流密度下运行，同时不会出现过高的电压损失，这样即可使用较小的层积，从而使给定电能输出的层积成本较低。

发明摘要

本发明包括具有一电极的液流电池（也被称为“电极层”），该电极可被可逆氧化还原反应物质组溶液浸渍。根据本发明的一方面，该电极具有多个微孔隙和宏孔隙，其中宏孔隙的大小至少比微孔隙大一个数量级。根据本发明的另一方面，该电极有多层。其中一层有多个宏孔隙，另一层有多个微孔隙。根据本发明的另一方面，该电极的厚度小于约2毫米（约78mil）。仍是根据本发明的另一方面，该电极有一多孔碳层，该层由多个结合在一起的颗粒构成。

参考下面的描述和附图，本发明的上述功能和操作将变得更加显而易见。

附图说明

图.1是液流电池系统一实施例的示意图，包括多个成层积排列的液流蓄电池组电池。

图.2是图.1所示液流蓄电池组电池之一的一实施例，以及该液流蓄电池组电池包含的一电极层的局部放大的图解说明。

图.3是图.1所示液流蓄电池组电池层积的一实施例。

图.4是图.1所示液流蓄电池组电池之一的另一实施例，以及该液流蓄电池组电池包含的一电极层的局部放大的图解说明。

图.5是图.1所示液流蓄电池组电池之一的另一实施例。

具体实施方式

参考图.1，该图为液流电池系统10的示意图。液流电池系统10被配置用于选择性地储电和放电。例如，在运行时，液流电池系统10可将由可再生或不可再生电力系统（未显示）产生的电能转化为化学能，并存储在第一和第二电解质溶液组中（例如：阳极和阴极电解液）。可随后控制液流电池系统10将存储的化学能转化回电能。合适的第一和第二电解质溶液组示例包括但不限于钒/钒电解质溶液和溴/多硫化物电解质溶液。

液流电池系统10包括一第一电解液储罐12、一第二电解液储罐14、一第一电解质电路回路16、一第二电解质电路回路18和至少一液流蓄电池组电池20。在一些实施例中，液流电池系统10包括多个排列并压入至少一层积21的多个液流蓄电池组电池20，该层积在一对端板39之间，可控制电池20既存储又产生电能。液流电池系统10有一控制系统（未显示），该控制系统包括一控制器、一功率变换器/调节器，以及第一和第二电解质溶液流调节器（例如：阀门、泵等），其控制系统适用于控制该液流电池系统的存储和释放电能。

第一和第二电解液储罐12和14适用于分别保存和存储一种电解质溶液。

第一和第二电解质电路回路16和18都分别包括一源管道22、24，和一返回管道26、28。