具有可调节循环速率能力的液流电池及其相关方法技术

液流电池中电解质溶液的循环速率会影响工作性能。调节循环速率可以实现改进的性能。具有可调节的循环速率的液流电池系统可以包括含有第一电解质溶液的第一半单体、含有第二电解质溶液的第二半单体、配置成响应于Pexit/I或I/Penter的值以可调节的循环速率使第一电解质溶液和第二电解质溶液循环通过至少一个半单体的至少一个泵、以及配置成测量进入或离开液流电池系统的净电功率和穿过整个单体的电流的量的至少一个传感器。I是穿过整个单体的电流。Pexit是放电模式中离开系统的净电功率，以及Penter是充电模式中进入系统的净电功率。

Fluid-flow batteries with adjustable circulation rate and related methods

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可调节循环速率能力的液流电池及其相关方法相关申请的交叉引用不适用关于联邦政府资助的研究或开发的声明不适用
本公开一般涉及能量存储，并且更加具体地，涉及用于改进液流电池的工作性能的修改与技术。
技术介绍
诸如电池、超级电容器等的电化学能量存储系统已经被广泛地提出以用于大规模的能量存储应用。为此目的已经考虑了包括液流电池(flowbattery)的各种电池设计。与其他类型的电化学能量存储系统相比，液流电池可以是有利的，特别是对于大规模的应用，因为它们能够将功率密度和能量密度的参数彼此分离。液流电池通常在相应的电解质溶液中包括负和正活性材料，其在包含负电极和正电极的电化学单体(electrochemicalcell)中分别地流过膜或隔膜的相对面。术语“膜”和“隔膜”在本文中同义使用。通过在两个半单体内部发生的活性材料的电化学反应使液流电池充电或放电。如本文所使用的，术语“活性材料”、“电活性材料”、“氧化还原活性材料”或其变型同义地指在液流电池的工作期间(即，在充电或放电期间)经历氧化态的变化的材料。尽管液流电池对于大规模的能量存储应用具有显著前景，但是它们以往一直受到欠佳的能量存储性能(例如，充放电能量效率)和有限的循环寿命以及其他因素的困扰。液流电池的工作性能可受多种因素的影响，包括例如荷电状态(SOC)、工作温度、液流电池及其部件的使用年限、电解质流速、功率和电流条件等。如本文所使用的，术语“荷电状态”(SOC)是指在液流电池或其他电化学系统的给定半单体(givenhalf-cell)内的电极处的还原和氧化的物质的相对量。在许多情况下，前述因素不是彼此独立的，这可能使液流电池的性能优化非常困难。尽管进行了大量研究工作，但尚未开发出商业上可行的液流电池技术。由于在充电周期和放电周期期间出现的不同条件而需对液流电池性能进行优化，尤其成为待解决的问题，以及它们目前缺乏商业可行性的另一个原因。鉴于前述内容，在本领域中非常需要配置成提供更加优化的性能的液流电池和其他电化学系统。本公开满足了前述需求并且还提供了相关优点。
技术实现思路
在一些实施例中，本公开提供液流电池系统，其包括含有第一电解质溶液的第一半单体、含有第二电解质溶液的第二半单体、配置成使第一电解质溶液循环通过第一半单体并且使第二电解质溶液循环通过第二半单体的至少一个泵、以及配置成测量进入或离开液流电池系统的净电功率的量和穿过整个单体的电流的量的至少一个传感器，该整个单体由第一半单体和第二个半单体共同定义。至少一个泵被配置成提供通过第一半单体和第二半单体中的至少一个的可调节的循环速率，并且响应于Pexit/I或I/Penter的值，其中，I是穿过整个单体的电流，Pexit是放电模式中离开液流电池系统的净电功率，以及Penter是充电模式中进入液流电池系统的净电功率。在其他各种实施例中，本公开提供用于使液流电池系统工作以改进工作性能的方法。该方法包括：提供包括含有第一电解质溶液的第一半单体、以及含有第二电解质溶液的第二半单体的液流电池系统，使第一电解质溶液循环通过第一半单体并且使第二电解质溶液循环通过第二半单体，测量进入或离开液流电池系统的净电功率的量和穿过整个单体的电流的量，该整个单体由第一半单体和第二个半单体共同定义，以及调节通过第一半单体和第二半单体中的至少一个的循环速率直到出现Pexit/I或I/Penter的值增加。I是穿过整个单体的电流，Pexit是放电模式中离开液流电池系统的净电功率，以及Penter是充电模式中进入液流电池系统的净电功率。在其他各种实施例中，本公开提供用于使液流电池系统工作以保持工作性能的方法。该方法包括：提供包括含有第一电解质溶液的第一半单体、以及含有第二电解质溶液的第二半单体的液流电池系统，使第一电解质溶液循环通过第一半单体并且使第二电解质溶液循环通过第二半单体，测量进入或离开液流电池系统的净电功率的量和穿过整个单体的电流的量，该整个单体由第一半单体和第二个半单体共同定义，以及响应于Pexit/I或I/Penter的值减小来调节通过第一半单体和第二半单体中的至少一个的循环速率。I是穿过整个单体的电流，Pexit是放电模式中离开液流电池系统的净电功率，以及Penter是充电模式中进入液流电池系统的净电功率。前述内容已经相当广泛地概述了本公开的特征，以便可以更好地理解随后的详细说明。以下将对本公开的附加特征和优点进行说明。根据以下说明，这些和其他优点及特征将变得更加显而易见。附图说明为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考以下说明，该说明是结合说明本公开的具体实施例的附图来进行的，其中：图1示出含有单个电化学单体的示例性液流电池的示意图；图2示出包含与每个电极邻接的双极板的示例性电化学单体配置的示意图；图3示出显示液流电池系统中的流体电阻损耗、内部电阻损耗、以及总电阻损耗的曲线的示例性图表。图4示出在不同的正电解质循环速率下的液流电池系统中的总电阻损耗的示例性图表。图5A和图5B示出显示如何能够将液流电池系统中的总损耗函数随时间最小化的示例性图表。图6A至图6D示出显示在充电和放电循环期间，负电解质和正电解质的最佳循环速率如何随着荷电状态而变化的示例性图表。图7示出液流电池系统中的作为时间的函数的电阻损耗函数和泵频率的示例性图表。具体实施方式本公开部分地涉及液流电池系统，其被配置成提供至少一个电解质溶液的可调节的循环速率。本公开还部分地涉及通过调节至少一个电解质溶液的循环速率使液流电池系统工作的方法。通过参考结合附图和实施例进行的以下说明，可以更容易地理解本公开，所有这些附图和实施例都构成本公开的一部分。应当理解的是，本公开不限于本文中说明和/或示出的具体产品、方法、条件或参数。此外，在此使用的术语仅用于以示例的方式对特定实施例进行说明，并且不旨在进行限制，除非另有说明。类似地，除非另有特别说明，否则本文涉及的组合物的任何说明旨在表示组合物的固体和液体两种形式，包括含有该组合物的溶液和电解质，以及电化学单体、液流电池、以及其他包含这种溶液和电解质的能量存储系统。此外，应认识到，在本公开对电化学单体、液流电池、或其他能量存储系统进行说明时，应当理解，其还隐含地说明用于使电化学单体、液流电池、或其他能量存储系统工作的方法。还应当理解的是，为了清楚起见，本公开的某些特征可以在单独的实施例的上下文中进行说明，但是也可以在单个实施例中彼此组合地提供。也就是说，除非明显不相容或明确地排除，否则认为每个独立的实施例可以与任何其他实施例组合，并且认为该组合表示另一个不同的实施例。相反地，为了简洁起见而在单个实施例的上下文中进行说明的本公开的多种特征也可以被单独地提供或以任何子组合提供。最后，虽然可以将特定的实施例说明为一系列步骤的一部分或者更加普遍的结构的一部分，但是也可以认为每个步骤或子结构本身是独立的实施例。除非另有说明，否则应当理解的是，列表中的每个独立元素以及该列表中独立元素的每个组合将解释为不同的实施例。例如，呈现为“A、B或C”的实施例的列表将解释为包括实施例“A”、“B”、“C”、“A或B”、“A或C”、“B或C”或“A、B或C”。在本公开中，单数形式的冠词“一(a)”、“一个(an)”及“该”还包括相应的复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液流电池系统，包括：含有第一电解质溶液的第一半单体；含有第二电解质溶液的第二半单体；其中，所述第一半单体和所述第二个半单体共同定义整个单体；至少一个泵，所述至少一个泵被配置成使所述第一电解质溶液循环通过所述第一半单体并且使所述第二电解质溶液循环通过所述第二半单体；其中，所述至少一个泵被配置成提供通过所述第一半单体和所述第二半单体中的至少一个的可调节的循环速率，并且响应于Pexit/I或I/Penter的值；其中，I是穿过所述整个单体的电流，Pexit是放电模式中离开所述液流电池系统的净电功率，以及Penter是充电模式中进入所述液流电池系统的净电功率；以及至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成测量进入或离开所述液流电池系统的净电功率的量和穿过所述整个单体的电流的量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.29 US 15/364,2061.一种液流电池系统，包括：含有第一电解质溶液的第一半单体；含有第二电解质溶液的第二半单体；其中，所述第一半单体和所述第二个半单体共同定义整个单体；至少一个泵，所述至少一个泵被配置成使所述第一电解质溶液循环通过所述第一半单体并且使所述第二电解质溶液循环通过所述第二半单体；其中，所述至少一个泵被配置成提供通过所述第一半单体和所述第二半单体中的至少一个的可调节的循环速率，并且响应于Pexit/I或I/Penter的值；其中，I是穿过所述整个单体的电流，Pexit是放电模式中离开所述液流电池系统的净电功率，以及Penter是充电模式中进入所述液流电池系统的净电功率；以及至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成测量进入或离开所述液流电池系统的净电功率的量和穿过所述整个单体的电流的量。2.根据权利要求1所述的液流电池系统，其中，所述至少一个泵和所述至少一个传感器彼此电子通信，并且所述至少一个泵被配置成响应于来自所述至少一个传感器的输入来调节通过所述第一半单体和所述第二半单体中的至少一个的所述循环速率。3.根据权利要求1所述的液流电池系统，其中，所述至少一个传感器包括单个传感器，所述单个传感器被配置成测量进入或离开所述液流电池系统的净电功率的量和穿过所述整个单体的电流的量。4.根据权利要求3所述的液流电池系统，其中，所述至少一个传感器是万用表。5.根据权利要求1所述的液流电池系统，其中，所述至少一个传感器包括两个或更多传感器，所述两个或更多传感器被配置成分别测量进入或离开所述液流电池系统的净电功率的量和穿过所述整个单体的电流的量。6.根据权利要求5所述的液流电池系统，其中，所述两个或更多传感器是瓦特计和安培计。7.根据权利要求1所述的液流电池系统，其中，所述至少一个泵是第一泵和第二泵，所述第一泵被配置成以第一循环速率使所述第一电解质溶液循环通过所述第一半单体，以及所述第二泵被配置成以第二循环速率使所述第二电解质溶液循环通过所述第二半单体。8.根据权利要求7所述的液流电池系统，其中，所述第一泵被配置成调节所述第一循环速率直到Pexit/I或I/Penter达到最大值，并且所述第二泵被配置成调节所述第二循环速率直到Pexit/I或I/Penter达到最大值。9.根据权利要求1所述的液流电池系统，其中，所述至少一个泵被配置成调节通过每个半单体的所述循环速率直到Pexit/I或I/Penter达到最大值。10.一种方法，包括：提供液流电池系统，包括：含有第一电解质溶液的第一半单体；含有第二电解质溶液的第二半单体；其中，所述第一半单体和所述第二个半单体共同定义整个单体；使所述第一电解质溶液循环通过所述第一半单体并且使所述第二电解质溶液循环通过所述第二半单体；测量进入或离开所述液流电池系统的净电功率的量和穿过所述整个单体的电流的量；以及调节通过所述第一半单体和所述第二半单体中的至少一个的循环速率直到出现Pexit/I或I/Penter的值增加；其中，I是穿过所述整个单体的电流，Pexit是放电模式中离开所述液流电池系统的净电功率，以及Penter是充电模式中进入所述液流电池系统的净电功率。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一电解质溶液以第一循环速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚当·莫里斯科亨，
申请(专利权)人：洛克希德马丁能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US