有多个不同孔径和/或不同层电极的液流电池制造技术

一种液流电池，其包括一电极，该电极工作时可被包含可逆氧化还原耦反应物的溶液浸湿。在一实施例中，该电极可以有多个微孔和宏孔，其中这些宏孔的大小尺寸比微孔的大小尺寸至少大一个数量级。在另一实施例中，该电极包括多层，其中该多层中之一层有多个宏孔而该多层中之另一层有多个微孔。在又一实施例中，该电极厚度小于约2mm。在别的实施例中，该电极包括一多孔碳层，其中该碳层由多个粘结在一起的颗粒构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有多个不同孔径和/或不同层电极的液流电池交叉参考相关应用申请人:特此要求对2011年4月11日提交的美国专利号为13/084，156的专利之优先权，其公开的内容纳入本文作为参考。该申请还与2009年12月18日提交的PCT申请号为PCT/US09/68681的专利，2011年2月7日提交的美国专利号为13/022，285的专利和2011年2月8日提交的美国专利号为13/023，101的专利有关，其内容全部纳入本文作为参考。
技术介绍
1.
本专利技术主要关于液流电池，尤其是关于有多个不同孔径和/或不同层电极的液流电池。2.
技术介绍
典型的液流电池系统包括一液流蓄电池组层积，每一电池的正负极之间是一离子交换膜。运行时，阴极电解液从正极流过，阳极电解液从负极流过。阴极和阳极溶液都发生可逆氧化还原反应(“还原”)的电化学反应。反应时，离子透过离子交换膜，电子经外部电流输送，从而完成该电化学反应。正负极可由碳毡材料制成。这种碳毡材料通常有许多尺寸大致均匀的空隙，可促使电子溶液从中均匀地分布。每一电极的厚度相对较大(例如:大于3.2毫米(mm)，约125/1000英寸(mil))，其尺寸可减少沿电极长度方向的压力降低，该长度大致与厚度垂直。但这种相对较大的电极厚度会实质上增加离子通过电极厚度时的传导阻力。因此，厚度相对较大的电极可增加液流蓄电池组电池电压的低效性，特别是当该液流蓄电池组电池在相对较高的电流密度下运行时，比如大于100毫安(mA)每平方厘米(cm2)(约645 mA每平方英寸(in2))。因此，液流蓄电池组电池有一种技术上的需要，使之能在相对较高的电流密度下运行时不会明显增加电压的低效性。在相对较高的电流密度下运行，同时不会出现过高的电压损失，这样即可使用较小的层积，从而使给定电能输出的层积成本较低。专利技术摘要本专利技术包括具有一电极的液流电池(也被称为“电极层”)，该电极可被可逆氧化还原反应物质组溶液浸溃。根据本专利技术的一方面，该电极具有多个微孔隙和宏孔隙，其中宏孔隙的大小至少比微孔隙大一个数量级。根据本专利技术的另一方面，该电极有多层。其中一层有多个宏孔隙，另一层有多个微孔隙。根据本专利技术的另一方面，该电极的厚度小于约2毫米(约78mil)。仍是根据本专利技术的另一方面，该电极有一多孔碳层，该层由多个结合在一起的颗粒构成。参考下面的描述和附图，本专利技术的上述功能和操作将变得更加显而易见。【附图说明】图.1是液流电池系统一实施例的示意图，包括多个成层积排列的液流蓄电池组电池。图.2是图.1所示液流蓄电池组电池之一的一实施例，以及该液流蓄电池组电池包含的一电极层的局部放大的图解说明。图.3是图.1所示液流蓄电池组电池层积的一实施例。图.4是图.1所示液流蓄电池组电池之一的另一实施例，以及该液流蓄电池组电池包含的一电极层的局部放大的图解说明。图.5是图.1所示液流蓄电池组电池之一的另一实施例。【具体实施方式】参考图.1，该图为液流电池系统10的示意图。液流电池系统10被配置用于选择性地储电和放电。例如，在运行时，液流电池系统10可将由可再生或不可再生电力系统(未显示)产生的电能转化为化学能，并存储在第一和第二电解质溶液组中(例如:阳极和阴极电解液)。可随后控制液流电池系统10将存储的化学能转化回电能。合适的第一和第二电解质溶液组示例包括但不限于钒/钒电解质溶液和溴/多硫化物电解质溶液。液流电池系统10包括一第一电解液储罐12、一第二电解液储罐14、一第一电解质电路回路16、一第二电解质电路回路18和至少一液流蓄电池组电池20。在一些实施例中，液流电池系统10包括多个排列并压入至少一层积21的多个液流蓄电池组电池20，该层积在一对端板39之间，可控制电池20既存储又产生电能。液流电池系统10有一控制系统(未显示)，该控制系统包括一控制器、一功率变换器/调节器，以及第一和第二电解质溶液流调节器(例如:阀门、泵等)，其控制系统适用于控制该液流电池系统的存储和释放电能。第一和第二电解液储罐12和14适用于分别保存和存储一种电解质溶液。第一和第二电解质电路回路16和18都分别包括一源管道22、24，和一返回管道26、28。参考图.2，该图图解说明了液流蓄电池组电池20的一实施例。液流蓄电池组电池20包括一第一集电体30、一第二集电体32、一第一液体多孔电极层34 (下文的“第一电极层”)、一第二液体多孔电极层36 (下文的“第二电极层”)和一离子交换膜38。第一和第二集电体30和32都适合于将电子转移到各自的第一或第二电极层34和36和/或从该电离层转移走。参考图.3，在一些实施例中，层积22中的第一集电体30之一和第二集电体32之一可被共同配置为一双极板41。双极板41适于安置在层积21中的液流蓄电池组电池20旁边。双极板41在一对集电体表面43和45之间延伸。第一表面43可作为第一只电池的第一集电体30。第二表面45可作为第二只电池的第二集电体32。再次参考图.2，每一集电体30、32可包括多条流道40、42，流道拥有比如直的、弯曲的或曲折的几何形状。在PCT申请编号为PCT/US09/68681的专利中公开了合适的集电体和流道结构的额外例子，并被整个纳入本文作为参考。第一和第二电极层34和36都适于在相对较高的电流密度下运行(例如:大于或等于约100毫安/厘米2，约645毫安/英寸2)。第一和第二电极层34和36各自分别含有一第一表面44、46，一第二表面48、50，一第一端点52、54，一第二端点56、58，一厚度60、62和一长度64、66。厚度60、62分别从第一表面44、46和第二表面48、50之间延伸。在一实施例中，厚度60、62小于约3毫米(约118 mil)。在另一实施例中，厚度60、62小于约2毫米(约78 mil)。与厚度超过例如3.2毫米(约125 mil)的电极层相比，电极层34、36各自的相对较小的厚度60、62显著减小了离子通过电极层34、36时的传输损失。长度64、66分别沿第一端点52、54和第二端点56、58之间的电解质溶液流径68、70的方向伸展。参考图.2所示第二电极层36的局部放大图，电极层34、36分别有多个宏孔隙72和微孔隙74，这些孔隙确定电极层的体积孔隙率。此处所用术语“体积孔隙率”是指材料中孔隙的体积(有时也称之为“空隙”)与电极层材料体积之比。例如，在一实施例中，宏孔隙72和微孔隙74确定的体积孔隙率(孔隙体积与材料体积之比)小于约9:1。在另一实施例中，宏孔隙72和微孔隙74确定的体积孔隙率(孔隙体积与材料体积之比)小于约7:3。但当位于离子交换膜38和相应的集电体30、32之一之间的电极层34、36在装配时被压缩的情况下，体积孔隙率是可以变化的。例如，当相应的电极层被压缩时，宏孔隙72和微孔隙74确定的体积孔隙率(孔隙体积与材料体积之比)可介于约4:6和7:3之间。所有宏孔隙72的尺寸大致相同，大体上比所有微孔隙74大出一个数量级(例如:IO1倍)。在另一些实施例中，大致所有宏孔隙72的尺寸大体上比所有微孔隙74大出两个数量级(例如:102倍)。每一宏孔隙72的大小是为了减小沿电极层34、36上的压力降低，并因此有助于电解质溶液从各自的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液流电池，其包括：一有多个微孔隙和宏孔隙的电极层，其中这些宏孔隙的尺寸比这些微孔隙的尺寸至少大一个数量级，以及一含有可逆氧化还原偶反应物的溶液，其中该溶液将该电极层浸湿。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.11 US 13/084,1561.一种液流电池，其包括: 一有多个微孔隙和宏孔隙的电极层，其中这些宏孔隙的尺寸比这些微孔隙的尺寸至少大一个数量级，以及 一含有可逆氧化还原偶反应物的溶液，其中该溶液将该电极层浸湿。2.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述宏孔隙以这样一种方式放置:它们大致上沿着所述电解液流过所述电极层的方向延伸。3.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述宏孔隙和微孔隙中至少一种在所述电极层内大致上均匀分布。4.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述电极层向一第一表面和一第二表面延伸，且其中所述宏孔隙和微孔隙中至少一种以下述形式分布: 这些宏孔隙在所述电极内非均匀分布，使得靠近该第一表面的宏孔的密度大于靠近该第二表面的宏孔的密度；以及 这些微孔隙在所述电极内非均匀分布，使得靠近该第二表面的微孔的密度大于靠近该第一表面的微孔的密度。5.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述电极层至少具有下述孔隙度之一: 孔体积与材料体积之比小于7:3左右；以及 孔体积与材料体积之比大于4:6左右。6.根据权利要求1所述的液流电池，其进一步包含一邻近所述电极层安放的碳背层。7.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述电极层包含离子交联聚合物和电化学催化剂中至少之一,且: 该离子交联聚合物沿所述电极层长度方向均匀或非均匀分布；以及 该电化学催化剂沿所述电极层长度方向均匀或非均匀分布。8.一种液流电池，其包括: 一有多层的电极，其中这多层中之一层有多个宏孔隙，而其中另一层有多个微孔隙；以及 一含有可逆氧化还原偶反应物的溶液，其中该溶液将该电极层浸湿。9.根据权利要求8所述的液流电池，其中这多层中至少: 有一层有多个宏孔隙；以及 另有一层有多个微孔隙。10.根据权利要求9所述的液流电池，其中至少: 这些包含宏孔隙的层所具有的宏孔隙密度基本相同；和 这些包含微孔隙的层所具有的微孔隙密度基本相同。11.根据权利要求9所述的液流电池，其中所述电极在一第一表面和一第二表面之间延伸，且其中至少有宏孔隙层和微孔隙层之一以下述形式放置: 最接近该第一表面的宏孔层的宏孔隙密度比其他宏孔隙层的宏孔隙密度更大；以及 最接近该第二表面的微孔层的微孔隙密度比其他微孔隙层的微孔隙密度更大。12.根据权利要求8所述的液流电池，其中所述电极至少具有下述孔隙度之一: 孔体积与材料体积之比小于7:3左右；...

【专利技术属性】
技术研发人员：R扎富，ML佩里，A潘迪，SF伯拉特斯基，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：
国别省市：