[发明专利]包括具有衬底合金的阳电极的氧化还原液流电池系统

说明书

一种氢/溴还原‑氧化液流电池系统包括：溴电极、氢电极、隔膜、第一催化剂以及第二催化剂。隔膜位于溴电极和氢电极之间。第一催化剂与溴电极相关联。第二催化剂与氢电极相关联并且至少部分由衬底合金形成，衬底合金配置成(i)促进H₂的简便离解，以及(ii)防止溴化物吸收到氢电极上。

本申请要求2013年2月21日提交的美国临时申请第61/767,587号的优先权的权益，在此通过引用在其整体上并入该临时申请的公开内容。

技术领域

本公开一般性地涉及电池系统，并且更具体地涉及H₂/Br₂还原-氧化(“氧化还原”)液流电池系统的阳电极，其至少部分地由Cu/Pt(111)和/或Au/Pt(111)的衬底合金形成。

背景技术

氧化还原液流电池(“RFB”)系统是一种形式的可再充电电池/燃料电池单元，其中包含一种或多种溶解的电活性物质的电解质流过将化学能转化为电力的电化学电池单元。该电解质存储在外部，通常在罐中，并循环通过电池系统的电池单元(或多个电池单元)。液流电池的控制需要流速以及电池单元的充电状态(“SOC”)的知识。这两个因素一起确定了电极处反应物的浓度和可利用性，以及可从电池单元汲取以用于预先确定的操作限制内的最佳效率的电流。SOC还用于确定电池能够存储或输送多少能量。所标识的SOC还可以确定电池在放电过程期间的任意给定时间能够产生的功率。

一种具体类型的氧化还原液流电池系统被称为H₂/Br₂电池系统。这种类型的电池系统在安全和经济条件下提供高质量的电力。H₂/Br₂电池系统的其他特性包括电极反应的高内在可逆性、高功率容量和延长的循环寿命。作为上述益处和特性的结果，H₂/Br₂电池系统显示了作为用于电网规模能量存储的可行电池系统的潜力。

对H₂/Br₂电池系统的一个关注点是，电池系统中存在的卤化物物质可能“沾污”(多个)电极(典型地是阳电极)的电催化表面，从而有损电池单元寿命。尽管收集到了其他类型电池系统中各种催化表面上的卤化物的沾污影响的证据，但是还没有对于确定H₂/Br₂电池系统中卤化物沾污影响的系统研究。这很可能是由于对于铂类金属上溴物质吸收的测量的复杂性而导致不可获得沾污影响的证据。因此，H₂/Br₂电池系统中电催化表面沾污的关注点是应该解决的潜在限制。

考虑到现有技术中的前述限制，存在对于较不易受到阳电极沾污的影响的改进的H₂/Br₂电池系统的需要。

发明内容

根据本公开的一个实施例，一种氢/溴还原-氧化液流电池系统包括：溴电极、氢电极、隔膜、第一催化剂以及第二催化剂。隔膜位于溴电极和氢电极之间。第一催化剂与溴电极相关联。第二催化剂与氢电极相关联并且至少部分由衬底合金形成，衬底合金配置成(i)促进H₂的简便离解，以及(ii)防止溴化物吸收到氢电极上。

根据本公开的另一个实施例，一种还原-氧化液流电池系统包括：阴电极、阳电极、阳离子交换隔膜、第一催化剂以及第二催化剂。阳离子交换隔膜位于阴电极和阳电极之间。第一催化剂与阴电极相关联。第二催化剂与阳电极相关联并且至少部分由包括溶质金属和宿主金属的衬底合金形成。溶质金属是铜和金之一，以及宿主金属是Pt(111)。

附图说明

通过参照下面的详细描述以及附图，上述特征和优点以及其他的特征和优点对于本领域普通技术人员应当变得更容易清楚，在附图中：

图1是示出如本文描述的H₂/Br₂电池系统的横截面视图；