氧化还原流通单元电池再平衡制造技术

提供氧化还原单元电池再平衡系统。在一些实施方式中，所述再平衡系统包括：电化学池和光化学池。在一些实施方式中，所述光化学池包含用于由所述系统产生的H2和Cl2产生HCl的紫外辐射源。所述HCl产物可通过所述系统被收集或循环回去用于电解质的再平衡。还提供用于再平衡系统的再平衡池。在一些实施方式中，所述再平衡池为电化学池和光化学池的组合。在一些实施方式中，在所述再平衡池的阴极室中容纳紫外辐射源。在一些实施方式中，所述紫外辐射源用于实现由存在于所述再平衡池中的H2和Cl2形成HCl。所述HCl溶解在所述再平衡池中包含的含水电解质中，其可随后通过再平衡系统循环用于氧化还原单元电池的再平衡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及还原-氧化(氧化还原)流通单元电池(cell)，且特别地涉及可用于氧化还原流通单元电池的再平衡系统。
技术介绍
对于新型且创新的电力储存系统有日益增加的需求。氧化还原电池(battery)已成为有吸引力的用于这样的能量储存的装置。在一些应用中，氧化还原流通电池可包括一个或多个氧化还原流通单元电池。氧化还原流通单元电池各自可包括设置在单独的半电池室中的正极和负极。所述两个半电池可通过多孔或离子选择性膜隔开，在氧化还原反应期间离子传输通过所述膜。当氧化还原反应发生时，电解质(日极电解质和阴极电解质)流动通过所述半电池，经常使用外部泵送系统。以这种方式，流通单元电池中的膜在含水电解质环境中运行。在一些应用中，含铁离子的盐酸水溶液可用作阴极电解质，而含铬离子的盐酸水溶液可用作阳极电解质。在一些应用中，含铬和铁离子的溶液的混合物可用在氧化还原单元电池的两侧。使用混合的反应物消除了高选择性膜的需求，因为两个半电池的电解质组成在放电状态下相同。典型地，氧化还原流通电池的充电和放电导致两个电解质溶液之间的电荷状态的不等。与某些离子的还原竞争的寄生反应可导致形成不希望的副产物。例如，在酸性电解质的情况下，某些寄生反应可产生氢气。因此，存在开发氧化还原电池系统的需求，所述氧化还原电池系统有效地除去或再循环在流通电池的充电/放电循环期间产生的寄生副产物以使两个电解质溶液之间的电荷状态再平衡。>
技术实现思路
在实施方式中，氧化还原流通电池系统包括氧化还原流通单元电池和与所述氧化还原流通单元电池连接的再平衡系统。所述再平衡系统包括安置为与包括至少一个紫外辐射源的至少一个光化学池(photochemical cell)流体连通的至少一个电化学再平衡池(electrochemical rebalance cell)。在一些实施方式中，所述氧化还原流通电池系统进一步包括至少一个阳极电解质储存器，其包括含水阳极电解质溶液。在一些实施方式中，所述阳极电解质溶液包括酸和至少一种金属盐。在一些实施方式中，所述氧化还原流通电池系统进一步包括至少一个阴极电解质储存器，其包括阴极电解质溶液。符合本文中描述的实施方式的一些，提供再平衡池和使用其的方法。在一些实施方式中，所述再平衡池包括至少一个紫外辐射源、至少一种阳极电解质溶液、至少一种阴极电解质溶液、通过膜隔开的阳极室和阴极室、以及设置在所述阳极室和阴极室的各自中的电极。在一些实施方式中，所述至少一种阳极电解质溶液包括含水酸和至少一种金属盐。在一些实施方式中，所述至少一种阴极电解质溶液也包括含水酸和至少一种金属盐。在本文中描述的一些实施方式中，描述了包括至少一个再平衡池的再平衡系统。在一些实施方式中，所述再平衡系统进一步包括至少一个阳极电解质储存器，其包括至少一种含水阳极电解质溶液。在一些实施方式中，所述至少一种阳极电解质溶液包括酸和至少一种金属盐。在一些实施方式中，所述再平衡系统进一步包括至少一个阴极电解质储存器，其包含至少一种阴极电解质溶液。在一些实施方式中，所述再平衡系统的至少一个再平衡池安置为与至少一个H2气体源流体连通。在一些实施方式中，所述至少一个H2气体源为氧化还原流通单元电池。附图说明受益于实施方式的以下详细描述和参考附图，本专利技术的优点对于本领域技术人员变得明晰，其中：图1A描绘填充有电解质的氧化还原流通单元电池；图1B描绘包括氧化还原流通单元电池组的电池；图2描绘与再平衡系统连接的氧化还原流通单元电池；图3描绘再平衡池的实施方式；图4描绘与再平衡系统连接的氧化还原单元电池；图5描绘用于再平衡池例如图4中所示的再平衡池的控制系统；图6描绘可由传感器系统使用的曲线图；图7描绘可通过图5中所示的控制系统执行的状态机图(state machine diagram)的实施方式。图8描绘气体浓度监控系统；图9描绘浓度传感器；图10描绘浓度传感器的另一实施方式；图11、12和13描绘各种传感器系统。在图中可能的地方，具有相同功能的元件具有相同的标记。尽管本专利技术可容许各种改进和替换形式，但是其具体实施方式作为例子在图中显示并且在本文中详细描述。所述图可不是按比例的。但是，应当理解，所述图以及其详细描述不意图将本专利技术限于所公开的特定形式，而是相反，意图覆盖落在如所附权利要求限定的本专利技术的精神和范围内的所有改进、等价物和替换物。具体实施方式将理解，本专利技术不限于特定装置或方法，所述装置或方法当然可变化。还将理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不意为限制性的。当在本说明书和所附权利要求中使用时，单数形式“一个(种)”和“该”包括单数和复数对象，除非所述内容清楚地相反指示。当在本说明书中使用时，以下词汇和短语通常意在具有如下所述的含义，除非其中使用它们的上下文相反地指示。当在本文中描述时，术语“电池”通常是指任何能够进行电化学能量转换的单元。示例性的电池包括，但不限于，氧化还原流通电池、燃料电池和二次电池。当在本文中描述时，术语“膜”是指在流体之间、例如在电化学半电池(例如阳极室和阴极室)之间形成障碍物的任何材料。示例性的膜可为选择性渗透的，且可包括多孔膜和离子选择性膜。示例性的膜可包括一层或多层，其中各层呈现出对于某些物质(例如离子)的选择性的渗透性和/或实现某些物质的通过。当在本文中描述时，术语“流体连通”是指彼此接触但不必彼此固定的多个结构，由此流体或气体可从一个结构通向其它结构。例如，两个结构可通过沟道、管道、开口和/或阀彼此流体连通，即使所述连通包括关闭状态的阀，但是只要所述阀可开启，由此流体或气体可从所述结构的一个移动到另一个。另外，即使在一个或多个中间结构将流体或气体从第一结构向第二结构的流动转向和/或打断的情况下，只要所述流体或气体从所述一个或多个中间结构向第二结构的流动最终是可能的，两个结构可被认为是彼此流体连通的。当在本文中描述时，单元电池的“铬侧”通常是指基于Cr/Fe的氧化还原流通单元电池的负极侧。在一些实施方式中，铬的氧化发生在所述单元电池的铬侧。当在本文中描述时，单元电池的“铁侧”通常是指基于Cr/Fe的氧化还原流通单元电池的正极侧。在一些实施方式中，铁的还原发生在单元电池的铁侧。图1描绘简化的氧化还原流通电池系统100的示意图。如所示的，氧化还原流通电池系统包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.28 US 61/182,099;2009.05.28 US 61/182,0761.再平衡系统，包括：
至少一个电化学池；和
至少一个光化学池，其包含至少一个紫外辐射源；
其中所述至少一个电化学池和至少一个光化学池彼此流体连通。
2.权利要求1的再平衡系统，进一步包括至少一个阳极电解质储存器，
其包含至少一种含水阳极电解质溶液。
3.权利要求2的再平衡系统，其中所述至少一种阳极电解质溶液包括
至少一种酸和至少一种金属盐。
4.权利要求3的再平衡系统，其中所述至少一种酸为HCl。
5.权利要求3的再平衡系统，其中所述至少一种金属盐为铬氯化物。
6.权利要求1的再平衡系统，进一步包括至少一个阴极电解质储存器，
其包含至少一种含水阴极电解质溶液。
7.权利要求6的再平衡系统，其中所述至少一种阴极电解质溶液包括
至少一种酸和至少一种金属盐。
8.权利要求7的再平衡系统，其中所述至少一种酸为HCl。
9.权利要求7的再平衡系统，其中所述至少一种金属盐为铁氯化物。
10.权利要求1的再平衡系统，其中所述至少一个紫外辐射源发射约
370nm-约430nm的波长的光。
11.权利要求10的再平衡系统，其中所述至少一个紫外辐射源发射约
390nm-约410nm的波长的光。
12.权利要求1的再平衡系统，其中所述光化学池包括至少一个计量器
以监控温度和压力。
13.权利要求1的再平衡系统，其中所述光化学池包括至少一个传感器
以监控其中存在的Cl2和H2浓度。
14.权利要求1的再平衡系统，其中所述至少一个电化学池包括通过膜
隔开的阳极室和阴极室，和设置在所述阳极室和阴极室的各自中的电极。
15.权利要求14的再平衡系统，其中所述膜为多孔膜。
16.权利要求15的再平衡系统，其中所述多孔膜包括对于由含水HCl
导致的实质退化不敏感的材料。
17.权利要求15的再平衡系统，其中所述多孔膜进一步包括面对所述
阴极室的层，所述层对于H+是选择性渗透的。
18.权利要求17的再平衡系统，其中所述选择性渗透层是全氟化的。
19.权利要求18的再平衡系统，其中所述全氟化的层包括至少一个具
有以下结构的单元：
20.权利要求14的再平衡系统，其中至少一个再平衡池的阴极室中的
电极对于由含水HCl导致的实质退化不敏感。
21.权利要求14的再平衡系统，其中电极包括设置在基底上的碳或混
合金属氧化物。
22.权利要求21的再平衡系统，其中所述基底为钛。
23.权利要求21的再平衡系统，其中所述混合金属氧化物包括铱和钌
氧化物。
24.权利要求21的再平衡系统，其中所述基底的至少一些在所述碳或
混合金属氧化物的沉积后保持暴露。
25.权利要求1的再平衡系统，其中所述系统安置为与至少一个H2气体
源流体连通。
26.权利要求25的再平衡系统，其中所述至少一个H2气体源为氧化还
原单元电池。
27.权利要求26的再平衡系统，其中在所述至少一个光化学池和所述
氧化还原单元电池之间建立所述系统和所述氧化还原单元电池之间的流体
连通。
28.权利要求27的再平衡系统，其中通过至少一个阳极电解质储存器
建立所述氧化还原单元电池和所述至少一个光化学池之间的流体连通。
29.权利要求27的再平衡系统，其中所述氧化还原单元电池实现H2气
体的形成，和所述H2气体的至少一些传输至所述至少一个光化学池。
30.权利要求29的再平衡系统，其中所述至少一个光化学池实现Cl2气
体的形成。
31.权利要求30的再平衡系统，其中所述Cl2气体的至少一些传输至所
述至少一个光化学池。
32.权利要求31的再平衡系统，其中激活所述至少一个紫外辐射源以
实现HCl的形成。
33.权利要求32的再平衡系统，其中所述HCl的至少一些传输至所述
至少一个电化学池。
34.权利要求33的再平衡系统，其中所述至少一个电化学池与所述至
少一个氧化还原单元电池流体连通。
35.权利要求34的再平衡系统，其中通过阴极电解质储存器建立所述
至少一个电化学池与所述至少一个氧化还原单元电池之间的流体连通。
36.再平衡池，包括：
至少一个紫外辐射源；
至少一种含水阳极电解质溶液，其包含至少一种酸和至少一种金属盐；
至少一种含水阴极电解质溶液，其包含至少一种酸和至少一种金属盐；
通过膜隔开的阳极室和阴极室；以及
设置在所述阳极室和阴极室的各自中的电极。
37.权利要求36的再平衡池，其中用于所述阳极电解质和阴极电解质
溶液两者的至少一种酸为HCl。
38.权利要求36的再平衡池，其中所述至少一种阳极电解质溶液的至
少一种金属盐包括铬氯化物。
39.权利要求36的再平衡池，其中所述至少一种阴极电解质溶液的至
少一种金属盐包括铁氯化物。
40.权利要求36的再平衡池，其中所述膜为多孔膜。
41.权利要求40的再平衡池，其中所述多孔膜包括对于由含水HCl导
致的实质退化不敏感的材料。
42.权利要求40的再平衡池，其中所述多孔膜进一步包括面对所述阴
极室的层，所述层对于H+是选择性渗透的。
43.权利要求42的再平衡池，其中所述选择性渗透层是全氟化的。
44.权利要求43的再平衡池，其中所述全氟化的层包括至少一个具有
以下结构的单元：
45.权利要求36的再平衡池，其中至少一个再平衡池的阴极室中的电
极对于由含水Cl2导致的实质退化不敏感。
46.权利要求36的再平衡池，其中电极包括设置在基底上的碳或混合
金属氧化物。
47.权利要求46的再平衡池，其中所述基底为钛。
48.权利要求46的再平衡池，其中所述混合金属氧化物包括铱和钌氧
化物。
49.权利要求46的再平衡池，其中所述基底的至少一些在所述碳或混
合金属氧化物的沉积后保持暴露。
50.权利要求36的再平衡池，其中所述至少一个紫外辐射源发射约
370nm-约430nm的波长的光。
51.权利要求50的再平衡池，其中所述至少一个紫外辐射源发射约
390nm-约410nm的波长的光。
52.权利要求36的再平衡池，其中所述至少一个紫外辐射源容纳在所
述阴极室中。
53.权利要求52的再平衡池，进一步包括连接至所述阴极室的至少一
个气体入口和连接至所述阳极室的至少一个出口。
54.权利要求53的再平衡池，其中所述至少一个气体入口安置为与至
少一个包含H2的气体源流体连通。
55.权利要求54的再平衡池，其中所述至少一个H2气体源为氧化还...

【专利技术属性】
技术研发人员：M凯沙瓦兹，C卡鲁佩亚，G祖，SK萨胡，S库马，V马尼，GR帕拉库拉姆，A菲鲁齐，V拉苏，
申请(专利权)人：迪亚能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：