[发明专利]氧化还原液流电池的电解质健康管理

说明书

本发明提供了用于液流电池系统的再平衡反应器的方法和系统。在一个示例中，电池电解质的pH可以通过再平衡反应器通过向再平衡反应器的催化剂床施加负电势来保持。通过用去离子水处理催化剂床，可以进一步保持再平衡反应器的性能。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月20日提交的发明名称为“氧化还原液流电池的电解质健康管理(ELECTROLYTE HEALTH MANAGEMENT FOR REDOX FLOW BATTERY)”的第62/770,027号美国临时专利申请的优先权，上述专利申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本说明书涉及一种用于运行氧化还原液流电池系统的系统。

背景技术和发明内容

性能退化是电池系统中的一个重大障碍，由多种因素引起，这些因素包括例如正电极或负电极的副反应、内部短路、离子运动和催化剂中毒。在混合液流电池中，例如在铁氧化还原液流电池中，电池电解质中发生的不良反应可能导致容量(capacity)下降，从而导致昂贵的补偿。例如，氢气的生成以及质子(H⁺)和三价铁(Fe³⁺)离子在负电极上的铁腐蚀可能导致电解质电荷不平衡，从而降低电池容量。此外，上述至少一个副反应可能导致氢析出，而在负电极处发生的铁腐蚀可能导致电解质不稳定，进一步降低电池的使用寿命。

为了保持电池的性能，可以通过辅助再平衡反应器中发生的支持性电化学反应来再平衡电解质电荷状态(state of charge，SOC)。在一个示例中，在负电极处生成的氢气可以被引导到催化剂，并且氢气与催化剂表面之间的接触可以使得氢气被化学地氧化，将质子返回到电解质。维持电解质稳定性的低电解质pH可以被保持，以及电解质SOC的平衡。

然而，本发明人已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，电解质中阴离子的存在可能以催化剂性能退化的方式与催化剂相互作用。阴离子可以吸附在催化剂表面上形成阴离子络合物，该阴离子络合物诱导阳离子扩散双层的形成。正双层抑制电活性物质到达催化剂上的反应位点，从而使催化剂中毒并降低再平衡反应器的效率。

在一个示例中，上述问题可以通过一种用于处理液流电池的再平衡反应器的方法来解决，该方法包括：使液流电池的电解质和液流电池中生成的氢气流向再平衡反应器；在对液流电池充电的同时向再平衡反应器的催化剂床施加负电势；检测再平衡反应器中三价铁还原速率的降低低于阈值速率；响应于三价铁还原的降低，停止电解质和氢气向再平衡反应器的流动，然后使去离子水流过再平衡反应器；在运行时间的阈值间隔过去之后，指示将催化剂床浸泡在去离子水中的请求。这样，降低了催化剂退化的可能性，并且保持了液流电池的性能。

作为一个示例，催化剂可以在高温下浸泡在水中，以在再平衡反应器的运行期间从催化剂表面去除阴离子络合物。新鲜的催化剂表面暴露出来，使催化剂能够以更高的容量运行。附加地或替代地，在再平衡反应器的运行期间，可以向催化剂表面施加负电势，从而排斥阴离子并降低阴离子吸附到催化剂上的可能性。

应理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍将在具体实施方式中进一步描述的一些概念。这并不意味着标识所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决以上或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了液流电池系统的示意图。

图2示出了可以联接到液流电池系统的再平衡反应器的示意图。

图3A示出了可以用于再平衡反应器的催化剂床的示例，包括衬底、催化剂和间隔物的夹层。

图3B示出了卷成果冻卷结构的催化剂床的端视图。

图3C示出了卷成果冻卷结构的催化剂床的立体侧视图。