氧化还原液流电池和电池系统技术方案

提供了一种氧化还原液流电池和电池系统。在一个示例中，所述氧化还原液流电池包括通过两个端板插入的电池单元堆组件，所述电池单元堆组件包括多个配合的膜框架板和双极框架板。对于每对配合的膜框架板和双极框架板，形成负极分流通道和正极分流通道，并且所述负极分流通道和所述正极分流通道与多个入口分配通道和出口分配通道流体连通，所述入口分配通道和所述出口分配通道与至少一个双极板流体连通。所述出口分配通道与至少一个双极板流体连通。所述出口分配通道与至少一个双极板流体连通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化还原液流电池和电池系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年5月15日提交的标题为“氧化还原液流电池和电池系统(REDOX FLOW BATTERY AND BATTERY SYSTEM)”的美国临时申请第63/025,316号的优先权。上述申请的整体内容出于所有目的以引用方式并入本文。


[0003]本说明书总体上涉及氧化还原液流电池和电池系统。
[0004]
技术介绍
和
技术实现思路

[0005]氧化还原液流电池适用于电网规模的存储应用，因为它们能够独立地扩展功率和容量，以及在数千次循环中充电和放电，与传统电池技术相比，性能损失更低。由于在电池单元堆中结合了低成本材料，因此铁混合氧化还原液流电池特别有吸引力。铁氧化还原液流电池(IFB)依靠铁、盐和水作为电解液。在一些实施方案中，IFB中的这些地球上资源丰富且廉价的材料以及刺激性化学物质的省略减少了电池的环境足迹。
[0006]以前的液流电池由于导电电解液流过电池流道而生成不想要的分流电流。电解液流中的分流电流可能降低能量传输效率和电池性能。分流电流生成的热量也可能导致电池单元堆部件的热降解。此外，在以前的液流电池中，流体路径在紧凑性方面可能效率低下。在现有液流电池设计中，电解液流体排放也存在问题。
[0007]专利技术人已经认识到先前氧化还原液流电池的上述缺点并且开发了至少部分地克服这些缺点的氧化还原液流电池。在一个示例中，氧化还原液流电池包括通过两个端板插入的电池单元堆。电池单元堆包括多个配合的膜框架板和双极框架板。对于每对配合的膜框架板和双极框架板，在界面处形成负极分流通道和正极分流通道。负极分流通道和正极分流通道与多个入口和出口分配通道流体连通，这些入口和出口分配通道与至少一个双极板流体连通。分流通道增加流道中的电阻以减少分流电流的生成。具体而言，在一个示例中，分流通道具有蛇形形状。由于电池单元堆的电解液流动路径中的通道加长，使用蛇形分流通道可以减小分流电流。
[0008]在另一示例中，氧化还原液流电池还可包括电池单元堆中的偏移入口和出口分配通道。使分配通道偏移可减少电池单元堆的电解液流动路径中的死区的数量。如果需要，还可以通过偏移分配通道来增加电池单元堆的紧凑性。
[0009]应理解，提供上面的概要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概念选择。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或必要特征，所述要求保护的主题的范围由随附于具体实施方式的权利要求书唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决上述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
[0010]图1示出了示例性氧化还原液流电池系统的示意图。
[0011]图2示出了具有压缩组件的氧化还原液流电池的示例的分解图。
[0012]图3示出了图2中描绘的氧化还原液流电池的组装图。
[0013]图4示出了具有双极板组件的电池单元堆的示例的横截面图。
[0014]图5示出了图4所示的双极板组件的分解图。
[0015]图6示出了图4所示的双极板组件中的分配通道的详细视图。
[0016]图7示出了包括在图4所示的双极板组件中的双极框架组件的详细视图。
[0017]图8示出了包括在图4所示的双极板组件中的双极框架组件的分解图。
[0018]图9示出了包括在图4所示的双极板组件中的膜框架组件的分解图。
[0019]图10示出了包括在图4所示的双极板组件中的膜框架组件的详细视图。
[0020]图11示出了图4所示的双极板组件中的配合的对准凸台的详细视图。
[0021]图12示出了带有榫槽界面的图4所示的双极板组件的横截面图。
[0022]图13示出了图12所示的双极板组件中的双极框架组件的第一侧。
[0023]图14示出了图13所示的双极板组件的一部分的详细视图。
[0024]图15示出了图12所示的双极板组件中的双极框架组件的第二侧。
[0025]图16示出了图15所示的双极框架组件的一部分的详细视图。
[0026]图17至图18示出了图4中描绘的电池单元堆的另一部分的横截面，其中膜框架板和双极框架板配合以形成负极电解液流动路径。
[0027]图19至图20示出了图4中描绘的电池单元堆的另一部分的横截面，其中膜框架板和双极框架板配合以形成正极电解液流动路径。
[0028]图21至图22示出了电池单元堆中的增强膜的示例。
[0029]图23示出了双极框架板的堆叠。
[0030]图2至图23大致按比例绘制。然而，在其他实施方案中，可以使用其他相对尺寸。
具体实施方式
[0031]以下描述涉及用于增加系统紧凑性以及减小电池单元堆中的分流电流的液流电池系统和制造技术。在一个示例中，液流电池系统可以包括具有顺序排列的双极框架组件和膜框架组件的电池单元堆，在双极框架组件和膜框架组件之间形成有榫槽界面。榫槽界面空间有效地界定了堆中不同的电解液流动通道。进一步在一个示例中，电解液流动通道可以包括蛇形分流通道，其被配置为使电解液流过其中。蛇形形状允许增加分流通道的长度，从而减小电池工作期间生成的分流电流。电池单元堆中的框架组件还可以包括嵌套的对准凸台。对准凸台允许快速和高效的电池单元堆构建(例如，简化的制造自动化)并降低所述堆中的电池单元未对准的可能性。
[0032]如图1所示，在氧化还原液流电池系统10中，负电极26可称为镀覆电极，并且正电极28可称为氧化还原电极。第一电池单元18的镀覆侧(例如，负电极隔室20)内的负极电解液可称为镀覆电解液，而位于第一电池单元18的氧化还原侧(例如，正电极隔室22)的正极电解液可称为氧化还原电解液。
[0033]混合氧化还原液流电池是由一种或多种电活性材料作为固体层在电极上的沉积表征的氧化还原液流电池。例如，混合氧化还原液流电池可以包括在整个电池充电过程中经由电化学反应作为固体镀敷在基板上的化学物质。在电池放电期间，镀覆的物质可以经由电化学反应离子化，变得可溶于电解液中。在混合电池系统中，氧化还原电池的充电容量
(例如，存储的最大能量)可能会受到电池充电期间镀覆的金属量的限制，并且可能取决于镀覆系统的效率以及可用于镀覆的可用体积和表面积。
[0034]阳极是指电活性材料失去电子的电极，而阴极是指电活性材料获得电子的电极。在电池充电期间，正极电解液在负电极26处获得电子，因此负电极26是电化学反应的阴极。在放电期间，正极电解液失去电子；因此，负电极26是反应的阳极。替代地，在放电期间，负极电解液和负电极可以分别称为电化学反应的阳极液和阳极，而正极电解液和正电极可以分别称为电化学反应的阴极液和阴极。在充电期间，负极电解液和负电极可以分别称为电化学反应的阴极液和阴极，而正极电解液和正电极可以分别称为电化学反应的阳极液和阳极。为简单起见，本文使用的术语正和负是指氧化还原电池液流系统中的电极、电解液和电极隔室。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氧化还原液流电池，包括：通过两个端板插入的电池单元堆组件，所述电池单元堆组件包括：多个配合的膜框架板和双极框架板；其中，对于每对配合的膜框架板和双极框架板，在界面处形成负极分流通道和正极分流通道；并且其中，所述负极分流通道和所述正极分流通道与多个入口分配通道和出口分配通道流体连通，所述入口分配通道和所述出口分配通道与至少一个双极板流体连通。2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池，其中，所述负极分流通道和所述正极分流通道具有蛇形形状。3.根据权利要求2所述的氧化还原液流电池，其中，所述负极分流通道和所述正极分流通道中的每一个包括至少两个平行流动部分。4.根据权利要求1至3中任一项所述的氧化还原液流电池，其中，所述负极分流通道和所述正极分流通道通过每对配合的膜框架板和双极框架板中的对应槽形成。5.根据权利要求1至4中任一项所述的氧化还原液流电池，其中，所述多个入口分配通道偏离于所述多个出口分配通道。6.根据权利要求1至5中任一项所述的氧化还原液流电池，其中，所述多个入口分配通道在朝向有效板区域延伸的方向上发散。7.根据权利要求1至6中任一项所述的氧化还原液流电池，其中，所述多个出口分配通道在远离有效板区域延伸的方向上会聚。8.根据权利要求1至7中任一项所述的氧化还原液流电池，其中，每对配合的膜框架板和双极框架板包括正极电解液输入端口和负极电解液输入端口，所述正极电解液输入端口和所述负极电解液输入端口垂直定位在所述负极分流通道和所述正极分流通道下方。9.根据权利要求1至8中任一项所述的氧化还原液流电池，其中，所述负极分流通道和所述正极分流通道模制到所述对配合的膜框架板和双极框架板中。10.一种氧化还原液流电池，包括：通过两个端板插入的电池单元堆组件，所述电池单元堆组件包括：多个配合的膜框架板和双极框架板；其中，每对配合的膜框架板和双极框架板形成负极分流通道和正极分流通道；其中，所述负极分流通道和所述正极分流通道与多个入口分配通道和出口分配通道呈流体连通通道，所述入口分配通道和所述出口分配通道与至少一个双极板流体连通；并且其中，所述负极分流通道和所述正极分流通道包括以相反方向穿过相邻膜框架板和双极框架板的部分。11.根据权利要求10所述的氧化还原液流电池，其中，每对配合的膜框架板和双极框架...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：ESS技术有限公司，
类型：发明
国别省市：