[发明专利]用于金属‑卤素液流电池组的流体性架构

说明书

相关专利申请案的交叉参考

本申请案要求于2012年9月28日提交的标题为“用于金属-卤素液流电池组的流体性架构”的美国专利申请案第13/630,572号的权益，所述美国专利申请案第13/630,572号要求于2012年4月6日提交的标题为“用于金属-卤素液流电池组的流体性架构”的美国临时专利申请案第61/621,257号的优先权益。两个申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明是针对电化学系统和其使用方法。

背景技术

可再生能源的发展已经重新燃起了对用于非高峰能量储存的大规模电池组的需求。对此类应用的需求不同于对例如铅酸电池组等其它类型的可再充电电池组的需求。电网中用于非高峰能量储存的电池组一般需要具有低资金成本、长循环寿命、高效率和低维护。

适合于此类能量储存的一种类型的电化学能量系统是所谓的“液流电池组”，其使用在放电模式中在通常正电极还原的卤素组分，和适于在电化学系统的正常操作期间在通常负电极被氧化的可氧化金属。水性金属卤化物电解液用于在卤素组分在正电极被还原时补给卤素组分的供应。电解液在电极区域与储槽区域之间循环。此类系统的一个实例使用锌作为金属和氯作为卤素。

此类电化学能量系统描述于例如美国专利第3,713,888号、第3,993,502号、第4,001,036号、第4,072,540号、第4,146,680号和第4,414,292号以及日期为1979年4月的由美国电力研究协会(Electric Power Research Institute)公开的美国电力研究协会报告(EPRI Report)EM-I051(部分1-3)中，这些文献的公开内容以全文引用的方式并入本文中。

发明内容

一个实施例涉及金属-卤素液流电池组系统，所述系统包括液流电池的堆叠、电解液储槽和将所述堆叠以流体方式连接到所述储槽的浓卤素返回管线、文氏管(venturi)、混合器、浓卤素泵或浓卤素管线加热器中的一或多者。

另一个实施例涉及一种使用上述液流电池组系统的方法。

另一个实施例涉及一种在堆叠外部将堆叠出口流分成浓卤素与水性金属卤化物电解液并经由浓卤素返回管线提供浓卤素到储槽下部的方法。

另一个实施例涉及一种操作液流电池组的方法，所述液流电池组包含液流电池的堆叠，其中所述堆叠中的每个液流电池都包括流体可渗透的电极、流体不可渗透的电极和在可渗透与不可渗透的电极之间的反应区。所述方法包括以下步骤。

(a)在充电模式中，通过以下，在所述反应区中将金属层镀覆在每个电池的所述不可渗透的电极上：(i)金属卤化物电解液在第一方向上从储槽流动，穿过入口管道，到所述堆叠中每个液流电池的所述反应区中，使得大部分的所述金属卤化物电解液从所述入口管道进入所述反应区，而不是首先流动穿过所述液流电池中所述可渗透的电极或穿过位于所述堆叠中相邻的液流电池电极之间的流动通道；和(ii)所述金属卤化物电解液从所述堆叠中每个液流电池的所述反应区流动，穿过第一出口管道，到所述储槽中，使得大部分的所述金属卤化物电解液在到达所述第一出口管道前不经过每个液流电池中所述可渗透的电极；以及

(b)在放电模式中，通过以下，在所述反应区中将每个电池的所述不可渗透的电极上的所述金属层脱除：(i)所述金属卤化物电解液与浓卤素反应物的混合物在所述第一方向上从所述储槽流动，穿过所述入口管道，到所述堆叠中每个液流电池的所述反应区中，使得大部分的所述混合物从所述入口管道进入所述反应区，而不是首先流动穿过所述液流电池中所述可渗透的电极或穿过位于所述堆叠中相邻的液流电池电极之间的所述流动通道；和(ii)所述混合物从所述堆叠中每个液流电池的所述反应区流动，穿过第二出口管道，到所述储槽中，使得大部分的所述混合物在到达所述第二出口管道前经过每个液流电池中所述可渗透的电极。

附图说明

图1展示具有含有电化学电池堆叠的密封容器的电化学系统的一个实施例的侧面横截面图。

图2A展示实施例电化学系统中流动路程的示意性侧面横截面图。

图2B和2C展示图2A系统的液流电池组电池中流动路程的示意性侧面横截面图。

图3A为盛放图2A-2C中所示的水平放置的电池的电池框架的上侧面的平面图。

图3B为图3A中所示的电池框架的下侧面的平面图。