具有限制电压装置的液流电池的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本公开涉及用于选择性地储存和释放电能的液流电池。
[0002]液流电池(还称为氧化还原液流电池或氧化还原液流单元)被设计成将电能转化成化学能，所述化学能被储存且随后在存在需要时被释放。作为示例，液流电池可与可再生能量系统(例如风力系统)一起使用，以储存超过用户需求的能量，并且随后在存在更大的需求时释放能量。
[0003]典型的液流电池包括氧化还原液流单元，其具有由电解质层隔开的负电极和正电极，该电解质层可包括分离器，例如离子交换膜。负液体电解质传递至负电极并且正液体电解质传递至正电极以驱动可逆的电化学氧化还原反应。一经充电，所提供的电能就会使得在一个电解质中发生化学还原反应并且在另一个电解质中发生氧化反应。分离器防止电解质混合但允许所选择的离子穿过以完成氧化还原反应。一经放电，包含在液体电解质中的化学能就会在可逆的反应中被释放并且电能可从电极处取得。液流电池与其他电化学装置的不同之处尤其在于，使用了外部提供的液体电解质溶剂，所述液体电解质溶剂包括参与可逆的电化学反应的反应物。
【发明内容】
[0004]所公开的是一种液流电池，其包括至少一个单元，所述至少一个单元具有第一电极、第二电极和电解质分离器层，所述第二电极与所述第一电极间隔开，所述电解质分离器层布置在第一电极和第二电极之间。储存部分与至少一个单元流体连接。至少一种液体电解质包括电化学活性物质并且可选择性地传递至所述至少一个单元。电路与第一电极和第二电极联接。电路包括限制电压装置，所述限制电压装置构造成响应于至少一个单元从相对于有源(active)的充电/放电模式的无源(inactive)的关闭模式的过渡而限制跨过第一电极和第二电极的电压电势。
[0005]还公开的是一种控制液流电池中腐蚀的方法。所述方法包括将液流电池过渡至相对于有源的充电/放电模式的无源的关闭模式或从该模式过渡。该液流电池包括至少一个单元，所述至少一个单元具有第一电极、第二电极和电解质分离器层，所述第二电极与所述第一电极间隔开，所述电解质分离器层布置在第一电极和第二电极之间。在过渡期间使用限制电压装置来限制跨过液流电池的第一电极和第二电极的电压电势，所述限制电压装置布置在电路中，所述电路与第一电极和第二电极电性联接。
【附图说明】
[0006]从下文【具体实施方式】中，本公开的各种特征和优点对于所属领域的技术人员而言将是清楚的。随附【具体实施方式】的附图可简要地描述如下。
[0007]图1示出具有限制电压装置的示例性液流电池。
[0008]图2示出具有限制电压装置的另一示例性液流电池，其具有多个电阻器。
[0009]图3示出具有限制电压装置和提供覆盖气体的气体源的液流电池的另一示例。
[0010]图4示出控制液流电池中腐蚀的示例性方法。
【具体实施方式】
[0011]图1示意性地示出用于选择性地储存和释放电能的示例性液流电池20的部分。作为示例，液流电池20可用于将在可再生的能量系统中产生的电能转化成化学能，其被储存，直到存在然后液流电池20将化学能转化回电能的更大需求的稍后时间。例如，液流电池20可将电能提供至电网。如所描述的，所公开的液流电池20包括用于增加腐蚀防护的特征。
[0012]液流电池20包括液体电解质22，该液体电解质具有电化学活性物质(activespecie) 24，其起到与附加的液体电解质26和电化学活性物质28有关的氧化还原对的作用。例如，电化学活性物质24和28基于钒、溴、铁、铬、锌、铈、铅或其组合。在实施例中，液体电解质22和26是包括一个或多个电化学活性物质24和28的水溶剂。替代地，液体电解质22或26的单独一个可与气态反应物结合地使用。就这一点，液流电池20具有至少一种液体电解质(22或26)，所述至少一种液体电解质具有电化学活性物质(24或28)。
[0013]液体电解质22 (例如阳极电解质)和26 (例如阴极电解质)容纳在储存部分30中，该储存部分包括各自的储存罐32和34。如所示出的，储存罐32和34大体相当于圆柱形储存罐；然而，储存罐32和34可替代地具有其他形状和尺寸。
[0014]液体电解质22和26经由各自的进给管线38传递(例如泵送)至液流电池20的一个或更多个单元36，并且从一个或多个单元36处经由返回管线40返回至储存罐32和34。单兀36包括第一电极42、与第一电极42间隔开的第二电极44以及布置在第一电极42和第二电极44之间的电解质分离器层46。总体上，一个或多个单元36可包括双极板、歧管以及类似的装置，用于将液体电解质22和26通过流场通道传递至电极42和44。然而，应当理解的是，其他构型也可被使用。例如，一个或多个单元36可替代地构造用于流过操作，其中液体电解质22和26被直接地泵送至电极42和44，而不使用流场通道。
[0015]电解质分离器层46可为离子交换膜，或微多孔聚合物膜，或如SiC的材料的电隔离微多孔基体，其防止液体电解质22和26快速混合而是允许所选择的离子穿过而完成氧化还原反应，同时电性隔离两个电极42和44。多个单元36还可成堆地设置。
[0016]液体电解质22和26传递至单元36以将电能转化成化学能或以逆反应将化学能转化成可被释放的电能。电能经由电路48传送至单元36并且从单元36处传送，所述电路与电极42和44电性联接。电路48包括限制电压装置50。如所描述的，限制电压装置50构造成一个或多个单元36 —旦过渡成相对于有源的充电/放电模式的无源的关闭模式或从其过渡，就限制跨过电极42和44的电压电势V。
[0017]液流电池20具有多个使用模式，包括无源的关闭模式。所述模式由液流电池20的不同物理状态来表示。例如，液流电池20具有有源的充电/放电模式，其中液体电解质22和26从储存罐32和34连续地流通经过一个或多个单元36以及回到储存罐32和34中。在充电/放电模式中，液流电池由来自电路48的电能充电或将电能释放至电路48。此外，一个或多个单元36大体或完全地填充有液体电解质22和26。例如，在充电/放电模式期间，一个或多个单元的多孔体积理想地100%填充有液体电解质并且至少90%填充有液体电解质22和26。
[0018]液流电池20在未供充电或放电使用时从充电/放电模式过渡成无源的关闭模式，或者供启动使用时相反地过渡。取决于选择许多无源的关闭模式中的哪一个，关闭液流电池20可存在许多不同的步骤。在一个示例中，液体电解质22和26至少关于有源的泵送在无源的关闭模式中是静止的，使得液体电解质22和26不会流过一个或多个单元36并且主要保持在各自的储存罐32和34中。
[0019]在另一示例中，一个或多个单元36在关闭模式中至少部分地排出液体电解质22和26，使得一个或多个单元36的部分或全部是空的。例如，一个或多个单元36在关于一个或多个单元36的多孔的体积中的液体电解质22和26多于90%是空的。在此情况下，一个或多个单元36的多孔的体积大多数填充有来自储存罐的顶部空间的气体，其由从单元排出的液体体积替代。当单元排出液体时，空气也可渗入所述系统并且进入单元。
[0020]在另一示例中，如上文所述的，一个或多个单元36在关闭模式中至少部分地排出液体电