具有混合流的液流电池制造技术

一种液流电池包括具有电化学活性物质的液体电解质、以及具有用于容纳液体电解质的流的通道的双极板。多孔电极布置成直接邻近双极板。多孔电极关于液体电解质是催化活性的。双极板的通道具有的通道布置或通道形状中的至少一个配置成正向地推动液体电解质的流的至少一部分进入多孔电极中50。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有混合流的液流电池
本公开涉及用于选择性存储和释放电能的液流电池。
技术介绍
也已知作为氧化还原液流电池或氧化还原液流原电池的液流电池被设计成将电能转换为能够存储并且以后当存在需求时能够释放的化学能。作为示例，液流电池可以用于可再生能量系统，诸如风能系统，以存储超过消费者需求的能量并且以后当存在更大需求时释放能量。基本的液流电池包括氧化还原液流原电池，其具有由电解质层分隔的负电极和正电极，电解质层可以包括诸如离子交换膜的分离器。负性液体电解质输送至负电极，而正性液体电解质输送至正电极以驱使电化学可逆氧化还原反应。当充电时，供应的电能引起在一个电解质中的化学还原反应以及在另一电解质中的氧化反应。分离器阻止电解质混合，但是允许选定的离子穿过以完成氧化还原反应。当放电时，包含在液体电解质中的化学能在逆反应中释放，并且可以从电极吸取电能。除了其他之外，液流电池区别于其他电化学装置之处在于，使用了参与可逆电化学反应的外部供应的液体电解质。
技术实现思路
公开了一种液流电池，其包括具有电化学活性物质的液体电解质，以及具有用于容纳液体电解质的流的通道的双极板。多孔电极布置为直接邻近双极板。多孔电极关于液体电解质是催化活性的。双极板的通道具有的通道布置或通道形状中的至少一个被配置成正向地推动液体电解质的流的至少一部分进入多孔电极中。在示例中，通道布置包括第一通道和邻近的第二通道，第二通道通过肋与第一通道间隔开以正向地推动液体电解质的流的至少一部分进入多孔电极中。在另一示例中，通道形状具有在通道长度上改变的横截面积以正向地推动液体电解质的流的至少一部分进入多孔电极中。也公开了一种操作的方法，其包括正向地推动液体电解质的流的至少一部分进入多孔电极中。附图说明对于本领域技术人员，通过以下详细描述所公开示例的各种特征和优点将变得很明显。伴随所述详细描述的附图可以如下简要描述。图1示出了示例液流电池。图2示出了图1的液流电池的示例原电池。图3A示出了双极板的通道，其横截面积从通道入口至通道出口增大。图3B示出了双极板的通道，其横截面积从通道入口至通道出口减小。图4A示出了在交叉的通道布置的通道入口处获得的剖面。图4B示出了在交叉的通道布置的通道出口处获得的剖面。图5A示出了包括突出部的双极板的通道的横截面。图5B示出了图5A的通道的顶视图。图6示出了蛇形通道布置。图7示出了直线性通道布置。图8示出了通道的横截面，具有宽度尺寸与深度尺寸的预定比以正向地推动液体电解质的流进入邻近的多孔电极中。具体实施方式图1示出了用于选择性存储和释放电能的示例液流电池20的选定部分。作为示例，液流电池20可以用于将可再生能量系统中产生的电能转换为化学能，化学能被存储直至在存在更大需求的后来时间，液流电池20然后将化学能转换回电能。例如，液流电池20可以将电能供应至电网。如以下将描述的，所公开的液流电池20包括用于增强性能的特征。液流电池20包括液体电解质22，其具有关于额外的液体电解质26而用作氧化还原配对的电化学活性物质24，以及具有电化学活性物质30。例如，电化学活性物质24和30是基于钒、溴、铁、铬、锌、铈、铅或其组合。在实施例中，液体电解质22和26是包括一种或多种电化学活性物质24和30的水溶液。液体电解质22和26包含在各自的存储罐32和34中。如图所示，存储罐32和34是基本上相等的圆柱形存储罐；然而，存储罐32和34可以替代地具有其他形状和尺寸。液体电解质22和26通过各自的送料管线38而输送（例如泵送）至液流电池20的一个或多个原电池36，并且经由返回管线40而从原电池36返回至存储罐32和34。在工作中，液体电解质22和26输送至原电池36以将电能转换成化学能或者将化学能转换成可以释放的电能。电能通过电通路42输送至原电池36以及从其输出，电通路42完成了回路并且允许完成电化学氧化还原反应。图2示出了原电池36之一的一部分的剖视图。要理解的是液流电池20可以在电池堆中包括多个这种原电池36，取决于液流电池20的设计容量。如图所示，原电池36包括第一双极板50、以及与第一双极板50间隔开的第二双极板52。双极板50和52是导电的，并且例如可以是石墨板或金属板。第一双极板50包括多个通道50a，多个通道50a包括第一通道54、以及通过肋58与第一通道54间隔开的邻近的第二通道56。在该示例中，第二双极板52的配置结构基本上类似于第一双极板50，尽管可以想象的是第二双极板52可以替代地具有不同的配置结构。多孔电极62和64布置为直接邻近各自的第一和第二双极板50和52。因此，多孔电极62与第一双极板50的面接触，而多孔电极64与第二双极板52的面接触。诸如离子交换膜的分离器66设置在多孔电极62和64之间。多孔电极62和64由导电的、相对抗腐蚀的、以及关于电化学物质是催化活性的材料制成。在一个示例中，多孔电极62和64的一个或两个包括碳纸68，诸如碳纤维纸，其关于液体电解质22和/或26是催化活性的。即，碳纸68的碳材料的表面在液流电池20中是催化活性的。在液流电池20的氧化还原反应中，阻挡反应的能量相对较低，并且因此利用了诸如氧气或氢气的气体反应剂的电化学装置无需诸如贵金属或合金的更强催化材料。在一个实施例中，使用之前的热和/或化学处理工艺激活碳纸68以清洁碳材料并且产生用作改进的活性催化点的碳表面。在液流电池中，在性能与穿过原电池的液体电解质的流的压力降之间存在权衡。例如，液流电池可以不采用流场。在该设计中，液体电解质从一端至另一端完全流过多孔电极。这种类型设计提供了具有可接收压力降的相对较差的性能，因为电极相当厚以容纳通过多孔媒介的所有流；或者提供了相对较好的性能但是高压力降，因为电极较薄并且穿过整个多孔电极的流阻力相对较高（这增大了附加负载以便移动电解质穿过原电池）以及相对较低的耐久性，因为对电极和离子交换膜的堆压缩。比较而言，另一类型的液流电池可以利用流场通道。在这样的设计中，液体电解质流过通道并且扩散进入邻近的电极。这种类型设计提供了较小的压力降，因为液体电解质相对不受限制地流过通道并且电极可以更薄，然而性能相对较差，因为电极中相对较陡峭的浓度梯度（这是必要的以促进扩散性输运的高速率）以及电解质扩散进入电极的非均匀性。需要的是原电池设计可以使用具有强制对流的相对较薄的电极，并且仍然能实现原电池上的可接受压力降。如以下将描述的，液流电池20的双极板50的通道50a的通道布置或通道形状中的至少一个配置成正向地推动液体电解质22的流70的至少一部分进入多孔电极62中的。术语“正向地推动”或者强制对流或者其变形是指配置成通过压力梯度的机制而将液体电解质22从通道50a移动进入多孔电极62的双极板50的结构。比较而言，扩散是浓度驱使的机制。双极板50由此提供了“混合流”设计，其是穿过电极62的正向地推动的流70与穿过通道50a的流的组合以在压力降与性能之间获得期望的平衡。要知晓的是双极板50可以具有配置以正向地推动液体电解质22的流70的至少一部分进入多孔电极62中的多种通道布置和/或通道形状。以下是这样的通道布置和/或通道形状的非限制性示例。在如图2所示示例中，通道56位于通道54的下游，并且因此在通道56中流动的液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液流电池，包括：液体电解质，其包括电化学活性物质；双极板，其包括用于容纳所述液体电解质的流的通道；以及多孔电极，其直接邻近所述双极板，所述多孔电极关于所述液体电解质是催化活性的，以及其中，所述双极板的通道具有的通道布置或通道形状中的至少一个被配置成正向地推动所述液体电解质的流的至少一部分进入所述多孔电极中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种液流电池，包括：液体电解质，其包括电化学活性物质；双极板，其包括面，所述面在其中具有用于容纳所述液体电解质的流的通道；以及多孔电极，其接触所述面并延伸横跨所述通道的开放顶部，所述多孔电极关于所述液体电解质是催化活性的，以及其中，所述双极板的通道具有通道布置和通道形状，其被配置成正向地推动所述液体电解质的流的至少一部分进入所述多孔电极中,其中，所述通道的每一个具有在侧壁之间延伸的宽度、以及在底壁和开放顶部之间延伸的深度，以及所述通道形状包括从所述底壁朝向所述开放顶部延伸的多个突出部，并且所述多个突出部终止在所述开放顶部处；以及其中，所述突出部的每一个包括关于所述通道的底部的平面横向地倾斜的倾斜侧壁。2.根据权利要求1所述的液流电池，其中，所述通道布置包括第一通道，以及通过肋与所述第一通道间隔开的邻近的第二通道。3.根据权利要求1所述的液流电池，其中，所述通道具有蛇形通道布置。4.根据权利要求1所述的液流电池，其中，所述通道形状限定了从通道入口至通道出口减小的横截面积。5.根据权利要求1所述的液流电池，其中，所述通道形状限定了从通道入口至通道出口增大的横截面积。6.根据权利要求1所述的液流电池，其中，所述通道包括第一通道和第二通道，所述第一通道的每一个具有从通道入口至通道出口增大的横截面积，所述第二通道的每一个具有从所述通道入口至所述通道出口减小的横截面积，以及所述第一通道与所述第二通道交叉。7.根据权利要求1所述的液流电池，其中，所述多个突出部的每一个从所述侧壁的一个延伸至所述侧壁的另一个。8.根据权利要求1所述的液流电池，其中，所述通道的每一个具有沿着其长度的相同的横截面积，在侧壁之间延伸的宽度尺寸W，以及在底壁与开放顶部之间延伸的深度尺寸D，并且其中可缩放的比W:D是从1.5:1至3:1。9.一种液流电池，包括：液体电解质，其包括电化学活性物质；双极板，其包括面，所述面在其中具有用于容纳所述液体电解质的流的通道；多孔电极，其接触所述面并且延伸横跨所述通道的开放顶部，所述多孔电极关于所述液体电解质是催化活性的，以及其中，所述双极板的通道具有以下特征以正向地推动所述液体电解质的流的至少一部分进入所述多孔电极中：通道布置，其包括第一通道、以及通过肋与所述第一通道间隔开的邻近的第二通道，以及通道形状，其具有在所述通道的长度上变化的横截面积，其中，所述通道的每一个具有在侧壁之间延伸的宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：R扎富，A潘迪，ML佩里，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：美国;US