專利名稱：高性能液流電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高性能電化學(xué)電池和電池組，并且更特定來說涉及液流電池組。
背景技術(shù)：
能量經(jīng)濟(jì)的“緑色化”、可再生能源(諸如，風(fēng)能和太陽能)不斷增長的需求和使用、以及(例如)插入式混合動カ車輛和全電カ車輛的預(yù)期激増日益使配電電網(wǎng)緊張。高容量電能存儲技術(shù)(諸如，抽送水電技術(shù))可在電網(wǎng)負(fù)荷平衡、自產(chǎn)生時間至使用高峰期的時移可 再生能源中起著重要作用，然而，地理位置和成本限制所述高容量電能存儲技術(shù)的使用，尤其是在地區(qū)水平上的使用?，F(xiàn)有的高容量電池組技術(shù)(例如，液流電池組)對于廣泛采用來說過于昂貴，因?yàn)檩斔偷乃媚芰亢?或功率的有效成本大大高于市場價(jià)格。因此存在對于低成本、高容量、高效率和高性能電池組技術(shù)的實(shí)質(zhì)上未滿足的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供高性能液流電池組設(shè)備和用于增強(qiáng)、充電、操作和使用液流電池組的方法。本發(fā)明的各種實(shí)施例提供的高電流密度充電率和放電率處于近似70mA/cm2至400mA/cm2范圍內(nèi)，并且更特定來說處于100mA/cm2至250mA/cm2范圍內(nèi)。本發(fā)明的高性能、堿性鋅/鐵氰化亞鐵可充電(“ZnFe”)液流電池組的實(shí)施例是基于對于現(xiàn)有技術(shù)的許多改善。這些實(shí)施例也適用于結(jié)合金屬電鍍來存儲能量的其它液流電池組(諸如ZnHBr ；ZnBr ；CeZn ;和 ZnCl)0第一，電池組設(shè)計(jì)具有電池堆疊，所述電池堆疊包含至少ー個正的半電池中的低電阻正極和至少ー個負(fù)的半電池中的低電阻負(fù)極，其中選擇正極電阻和負(fù)極電阻以獲得整個電池堆疊區(qū)域上的均勻高電流密度，即，使電極上的電阻足夠低以確保整個電極上較小的電壓變化，因此均勻電流流出電極之外并在整個電池堆疊上流動。第二，以高水平混合(本文也稱為“高速率混合”和“高度混合”)流經(jīng)接近沉積表面的Zn沉積區(qū)域中的至少ー個負(fù)的半電池的電解液流(例如，ZnFe電池組中的鋅物種)，其中接近于沉積表面的電解液具有足夠高的鋅濃度，以在沉積表面上獲得維持均勻高電流密度的沉積速率。負(fù)的半電池中電解液流和液流的混合經(jīng)設(shè)計(jì)以提供足以支持高電流密度的傳質(zhì)系數(shù)并提供(例如)鋅在電池的沉積表面上的實(shí)質(zhì)上均勻沉積。此外，一些實(shí)施例已將液流設(shè)計(jì)成以小于極限電流的電流提供鋅沉積，其中所沉積的鋅具有密集、附著的非枝狀形態(tài)。
第三，鋅電解液具有高濃度，并且在一些實(shí)施例中，鋅電解液的濃度大于平衡飽和濃度，即，鋅電解液的Zn離子超飽和。本發(fā)明的不同實(shí)施例組合這些改善中的一或更多個改善。高度混合流經(jīng)電池的電解液流可能是由于平行板通道中較高的流體速度造成的。然而，液流中的混合可由諸如以下的結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)導(dǎo)電網(wǎng)孔和非導(dǎo)電網(wǎng)孔；篩網(wǎng)；帶；泡沫結(jié)構(gòu)；圓錐體、圓柱體或角錐體的陣列；和線或管子的其它布置，上述結(jié)構(gòu)可単獨(dú)使用或與平坦電極表面組合使用。這類結(jié)構(gòu)的使用可允許具有層流或具有湍流的電解液以較高的或較低的流體速度高度混合。此外，用于使湍流平靜的結(jié)構(gòu)可包括在緊接在電池之后的電解液流體管路中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于操作液流電池組的方法可包括使以層流態(tài)或湍流態(tài)高度混合的電解液流經(jīng)接近沉積表面的Zn沉積區(qū)域中的至少ー個負(fù)的半電池。此外，ー些實(shí)施例包括沉積具有密集、附著的非枝狀形態(tài)的Zn?？稍陔姵亟M電池的充電和/或放電期間 利用高度混合液流。


在結(jié)合附圖審閱本發(fā)明的特定實(shí)施例的以下描述之后，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將更加明白本發(fā)明的這些和其它方面和特征，其中圖I為鋅氧化還原液流電池組的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的鋅氧化還原液流電池組的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的液流電池的示意性透視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，含在框架內(nèi)的圖3的電池的示意性透視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，氧化還原液流電池組的電池配置的第一實(shí)例的示意性橫截面圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，氧化還原液流電池組的電池配置的第二實(shí)例的示意性橫截面圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，氧化還原液流電池組的電池配置的第三實(shí)例的示意性橫截面圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，液流電池組電極的表面上的混合誘導(dǎo)編織線網(wǎng)孔特征的實(shí)例；圖9為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，液流電池組電極的表面上的混合誘導(dǎo)非編織線網(wǎng)孔特征的實(shí)例；圖10為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，液流電池組電極的表面上的混合誘導(dǎo)線/管子特征的實(shí)例；圖11為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，液流電池組電極的表面上的混合誘導(dǎo)圓柱體陣列的實(shí)例；圖12為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，液流電池組電極的表面上的混合誘導(dǎo)圓錐體陣列的實(shí)例；圖13為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，液流電池組電極的表面上的混合誘導(dǎo)角錐體陣列的實(shí)例；和
圖14為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的液流層化特征的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照諸圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述圖提供為本發(fā)明的一些實(shí)施例的說明性實(shí)例，以便使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明。值得注意的，下文的圖和實(shí)例并不意味著將本發(fā)明的范疇限于單個實(shí)施例，而是以互換所描述或圖示元件中的ー些或全部元件的方式的其它實(shí)施例是有可能的。此外，在可部分地或完全地使用已知組件來實(shí)施本發(fā)明的某些元件的情況下，將僅描述理解本發(fā)明所必需的這類已知組件的那些部分，并且將省略這類已知組件的其它部分的詳細(xì)描述，以免使本發(fā)明模糊。在本說明書中，顯示單個組件的實(shí)施例不應(yīng)視為限制性的；相反地，本發(fā)明_在涵蓋包括多個相同組件的其它實(shí)施例，反之亦然，除非本文明確地表示并非如此。此外，除非同樣地明確闡述，否則申請者并不旨在對說明書或權(quán)利要求書中的任何術(shù)語賦予不常見的或特殊的意義。此外，本發(fā)明涵蓋現(xiàn)在和將來已知的等效物，所述等效物等效于本文以說明方式提及的已知組件。
本發(fā)明的實(shí)施例提供高性能液流電池組設(shè)備和用于增強(qiáng)、充電、操作和使用液流電池組的方法。圖I圖示現(xiàn)有技術(shù)氧化還原液流電池組100的實(shí)例。例如，參見Wu等人的IndianJournal of Technology,第24卷，1986年7月，第372-380頁。液流電池組包含正的半電池110和負(fù)的半電池120，正的半電池110和負(fù)的半電池120分別由隔膜130分隔。半電池的電解液存儲于槽140和槽150中并抽送通過半電池，如通過箭頭所示。圖I中所示的液流電池組為Zn/Fe氧化還原液流電池組；正極電解液為Fe復(fù)合物，并且負(fù)極電解液為鋅酸鹽。然而，現(xiàn)有技術(shù)液流電池組不能以足夠高的電流密度操作并且效率不足夠高來經(jīng)濟(jì)上可行地用于大規(guī)模能量存儲。本發(fā)明提供對于液流電池組的改善，所述改善將允許低成本但具有高效率的高電流密度操作。例如，本發(fā)明的ー些實(shí)施例將提供氧化還原液流電池組，所述氧化還原液流電池組的充電電流密度為7OmA/cm2、80mA/cm2、90mA/cm2、IOOmA/cm2、125mA/cm2、150mA/cm2>200mA/cm2 和甚至更高。本發(fā)明的一些實(shí)施例的堿性鋅/鐵氰化亞鐵(“ZnFe”)可充電電池組系統(tǒng)g在用于公用供電設(shè)施負(fù)荷平衡、負(fù)荷跟蹤、區(qū)域調(diào)節(jié)服務(wù)、輸配電延期應(yīng)用、風(fēng)能和太陽能整合應(yīng)用等兆瓦特能量存儲應(yīng)用，所述應(yīng)用的能量存儲容量自數(shù)分鐘(諸如，15分鐘)至高達(dá)24小時持續(xù)時間和超過24小時持續(xù)時間。ZnFe電池組為混合氧化還原液流電池組，其中活性物質(zhì)(氧化鋅和氰亞鐵酸鈉)作為氫氧化鈉電解液中的飽和溶液存儲于電池外部的儲存槽中并被送到電化學(xué)反應(yīng)的位點(diǎn)。在充電期間，能量以沉積于鋅電極基板上的鋅金屬的形式存儲并存儲為通過氰亞鐵酸鹽反應(yīng)物的陽極氧化形成的氰鐵酸鹽。當(dāng)負(fù)荷需要要求時，可通過陽極溶解鋅以形成氧化鋅同時將氰鐵酸鹽離子還原成氰亞鐵酸鹽，而自電池吸取能量。這些過程高度可逆并具選擇性，從而使電池的操作具有以下優(yōu)點(diǎn)高循環(huán)效率、高電池電壓、自負(fù)荷至隔離或自隔離至滿負(fù)荷小于5ms的隨機(jī)循環(huán)時間和切換時間。尤其當(dāng)充電(沉積)期間的操作電流密度增加時，現(xiàn)有技術(shù)液流電池組，尤其是基于Zn的液流電池組具有枝狀晶體生長的問題。例如，鋅枝狀晶體可能在沉積(充電)過程期間在基于鋅的電池組中由于各種原因形成。鋅枝狀晶體可能在基于鋅的電池組中產(chǎn)生問題，所述問題包括性能降低、電池短路和操作壽命減少，所有所述問題會増加有效操作成本。本發(fā)明的實(shí)施例將通過増加用于給電池充電和放電的可維持的操作電流密度，減少或最小化枝狀晶體的生長，來提高鋅液流電池組和其它液流電池組的性能(從而降低操作成本)。對于給定的液流電池組額定功率，本發(fā)明的尤其用于電網(wǎng)存儲器應(yīng)用的液流電池組實(shí)施例一般將具有近似處于自20kW至25MW和更大的范圍內(nèi)的功率輸出和近似處于5kWh至600MWh范圍內(nèi)的能量輸出或自5分鐘至15分鐘至24小時內(nèi)的放電持續(xù)時間，但可使用更高和更低的功率輸出和能量輸出。大體充電時間和放電時間由特定液流電池組產(chǎn)品的市場應(yīng)用界定。典型的放電時間為15分鐘、I小時、2小時、4小時、8小時、12小時、16小時和24小時。充電時間與放電時間的比率一般處于2比I或I比I或I比2的范圍內(nèi)，其中近似I比I的充電與放電比率較為理想。本發(fā)明的高性能液流電池組(例如，ZnFe液流電池組)的實(shí)施例基于對于現(xiàn)有技術(shù)的許多改善，所述改善將允許以高電流密度操作和/或降低電池組整體操作成本。
第一，電池組設(shè)計(jì)具有電池，所述電池包含至少ー個正的半電池中的低電阻正極和至少ー個負(fù)的半電池中的低電阻負(fù)極，其中選擇正極電阻和負(fù)極電阻以獲得電池堆疊區(qū)域上的均勻高電流密度，即，使電極上的電阻足夠低以確保電極上較小的電壓變化，因此均勻電流流出電極之外并在電池的至少ー個區(qū)域上流動(例如，電壓變化通常小于5mV至10mV，其中電池上的電阻在操作電流密度100mA/cm2下產(chǎn)生小于200mV的損失，對應(yīng)于電流密度變化小于20%)。電池通常一起串聯(lián)裝配成電池堆疊，所述電池堆疊包括多個電池。電池堆疊中的電池之間的電氣連接可呈雙極電極或其它電極設(shè)計(jì)的形式，所述其它電極設(shè)計(jì)包括使用導(dǎo)線將電池串聯(lián)和/或并聯(lián)連接在一起，以制得電池堆疊。通常組合多個電池堆疊來制得電池組系統(tǒng)。第二，高速率混合的電解液(例如，ZnFe電池組中的鋅物種)的流動速率通過接近沉積表面的Zn沉積區(qū)域中的至少ー個負(fù)的半電池來誘導(dǎo)，其中電解液溶液具有足夠高的鋅濃度，以在沉積表面上獲得維持電池上或電池堆疊中的實(shí)質(zhì)上全部電池上的均勻高電流密度的沉積速率。負(fù)的半電池中的液流經(jīng)設(shè)計(jì)以提供鋅在沉積表面上的實(shí)質(zhì)上均勻沉積。此外，一些實(shí)施例將液流設(shè)計(jì)成提供鋅沉積，其中鋅具有密集、附著的非枝狀形態(tài)。液流可用混合元件層化，或可通過較高速度下的湍流或較低速度下的湍流，用向電池的流動通道添加的湍動元件實(shí)現(xiàn)混合。第三，鋅電解液具有高濃度，并且在一些實(shí)施例中，鋅電解液的濃度大于平衡飽和濃度，即，鋅電解液的鋅離子超飽和。本發(fā)明的不同實(shí)施例組合這些改善中的ー或更多個改
茲液流電池組操作電流密度為活性離子物種的濃度的函數(shù)。本發(fā)明的一些實(shí)施例提供超飽和電解液，以增加尤其在充電期間的離子濃度?？赏ㄟ^化學(xué)途徑或電化學(xué)途徑配制具有超飽和鋅(Zn)離子的鋅酸鹽電解液。例如，可配制鋅酸鹽電解液具有近似 I摩爾至"！. 9摩爾的鋅離子,所述鋅酸鹽電解液保持穩(wěn)定超過一天。參見Dirkse, Journal ofthe Electrochemical Society,第 128 卷(第 7 號)，1987 年 7 月，第 1412-1415 頁；Dirkse,Journal ofthe Electrochemical Society,第 134 卷(第 I 號)，1987年 I 月，第 11-13 頁；和Debiemme-Chouvy&Vedel, Journal of the Electrochemical Society,第 138 卷(第 9 號)，1991年9月，第2538-2542頁。應(yīng)注意，可允許電解液中具有鋅酸鹽粒子，條件是粒度相對于電解液通道(即，電池的流動通道)的尺寸較小。此外，用于ZnFe液流電池組的電解液化學(xué)組成具有提供堿性(高pH)電解液的附加優(yōu)點(diǎn)，所述堿性電解液化學(xué)組成比許多更具酸性的替代性電解液化學(xué)組成腐蝕性更小。堿性化學(xué)組成有利于液流電池組的組件的初始成本和壽命，所述組件諸如，用以輸送電解液流往返于液流電池組的電池堆疊的管道裝置和泵。電池沉積表面上和通過電池堆疊的高操作電流密度降低了電池組的每單位功率有效成本或能量輸出并降低了整體操作成本。本發(fā)明的實(shí)施例將通過確保尤其在充電(沉積)期間避免或最小化枝狀晶體生長，來提供可維持的較高操作電流密度。通過確保電池中的沉積表面上大體均勻的操作電流密度，并通過確保在電池沉積表面處或接近于電池沉積表面處的可用電解液中始終存在充分的、大體均勻和高濃度的離子，將避免或最小化枝狀晶體生長，其中離子濃度與高操作電流密度一致并且足夠或大于維持通過ー或更多個沉積表面的電流密度所需要的濃度。在未充分混合的情況下，電解液的層流流經(jīng)電池流動通道的高電流密度操作導(dǎo)致 沉積表面處或接近于沉積表面處的擴(kuò)散邊界層中的離子濃度降低，所述離子濃度降低導(dǎo)致 不均勻沉積和枝狀晶體生長。以導(dǎo)致流經(jīng)電池流動通道的電解液流中的混合(通過層流或者湍流)的電解液流流態(tài)操作電池，會増加傳質(zhì)系數(shù)并減小沉積表面處的擴(kuò)散邊界層厚度，所述傳質(zhì)系數(shù)増加和擴(kuò)散邊界層厚度減小又増加了用于沉積的離子的可得性。離子(例如，ZnFe電池組中鋅酸鹽中的鋅離子濃度)的高可得性允許較高電流密度操作，而不會顯著地耗盡ー或更多個電池沉積表面的均勻區(qū)域中的電解液濃度，并因此幾乎沒有或沒有枝狀晶體生長。電解液中增加的鋅酸鹽離子濃度與沉積表面附近的電池流動通道中電解液的增加的混合兩者(兩者都相對于現(xiàn)有技術(shù)電池)的組合將減少或消除枝狀晶體的形成。這樣將允許可維持的増加的高電流密度操作并將產(chǎn)生較小尺寸的電池、較小的整體電池堆疊和較小的整體模組，因此將降低給定功率和/或電流輸出的電池、堆疊和模組成本和整體操作成本。這些所得能力將提供更經(jīng)濟(jì)的電池組系統(tǒng)并將降低電池組系統(tǒng)的能量和功率輸出的整體成本。通過設(shè)計(jì)電解液流和電池流動通道幾何結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生足夠的混合或湍動而減小沉積表面處的擴(kuò)散邊界層厚度，來增強(qiáng)電池性能。下文表I和表2顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池流動通道中的液流的高操作電流密度以及相關(guān)聯(lián)的平均傳質(zhì)系數(shù)CO估計(jì)的說明性值。傳質(zhì)系數(shù)與傳到電極表面的傳質(zhì)速率(mol/cm2. S)和本體溶液與電極表面處之間的濃度差(mol/cm3)有夫。還可依據(jù)舍伍德(Sherwood)數(shù)或平均舍伍德數(shù)(Sh111)來描述用于增加操作電流密度的電池流動通道中的混合，所述舍伍德數(shù)或平均舍伍德數(shù)定義為無因次傳質(zhì)系數(shù)，也定義為電解液中對流傳送與擴(kuò)散傳送的離子的比率。應(yīng)注意，基于流經(jīng)3D湍流結(jié)構(gòu)的液流的相關(guān)性計(jì)算下文表中舍伍德數(shù)的實(shí)例；然而，可在本發(fā)明的精神和范疇內(nèi)使用其它計(jì)算方法。れ為極限電流密度，即電極表面(或電極固體界面)處零離子濃度下的以mA/cm2計(jì)的電流密度。iapp為有利的電池操作電流密度，出于表I中實(shí)例的目的定義為以mA/cm2計(jì)れ的近似 2/3倍(但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，可在本發(fā)明的各種實(shí)施例的精神和范疇內(nèi)使用其它值或定義)。V為流經(jīng)電池流動通道的電解液的以cm/s計(jì)的平均流速。Cb為本體溶液濃度，即擴(kuò)散邊界層外部的活性離子濃度，以mol/1計(jì)。下文表I和表2也提供這些參數(shù)的說明性實(shí)例。盡管本領(lǐng)域的技術(shù)人員對這些參數(shù)和術(shù)語熟悉，但額外細(xì)節(jié)可見于書中，所述書諸如，L. Gary Leal的“Advanced Transport Phenomenon:Fluid Mechanics and Convective Transport，，，第9章，由劍橋大學(xué)出版社出版于2007年,和Warren L. McCabe、Julian C. Smith和PeterHarriot 的“Unit Operations of Chemical Engineering，，,第 21 章，由 McGraw Hill Inc出版(第V版，1993年)。

權(quán)利要求
1.一種液流電池組，所述液流電池組包含 至少一個電池,所述至少一個電池包含正的半電池中的低電阻正極和負(fù)的半電池中的低電阻負(fù)極；和 泵，所述泵用于使電解液循環(huán)通過所述負(fù)的半電池的流動通道，其中所述泵和所述通道經(jīng)配置以提供所述電解液在接近沉積表面的沉積區(qū)域中的高速率混合； 其中所述電解液的金屬離子濃度大于所述電解液中金屬離子的平衡飽和濃度。
2.如權(quán)利要求I所述的液流電池組，其中所述沉積區(qū)域中的所述電解液的傳質(zhì)系數(shù)足以維持接近所述沉積表面的金屬離子的電解液濃度，以獲得金屬在所述沉積表面上的實(shí)質(zhì)上均勻沉積。
3.如權(quán)利要求I所述的液流電池組，其中所述電解液具有足夠高的金屬離子濃度，以在所述沉積表面上獲得維持充電周期期間的所述均勻高電流密度的沉積速率。
4.如權(quán)利要求I所述的液流電池組，其中所述電解液的鋅在4NNaOH中的溶解度大于O.37M。
5.如權(quán)利要求I所述的液流電池組，其中流經(jīng)所述流動通道的所述電解液的流動為湍流。
6.如權(quán)利要求I所述的液流電池組，其中所述流動通道的舍伍德數(shù)近似大于21。
7.如權(quán)利要求I所述的液流電池組，所述液流電池組進(jìn)一步在所述流動通道中包含至少一個混合元件。
8.如權(quán)利要求7所述的液流電池組，其中所述混合元件選自由以下組成的群組線、圓錐體陣列、角錐體陣列、泡沫、網(wǎng)孔和管子。
9.如權(quán)利要求I所述的液流電池組，所述液流電池組進(jìn)一步包含液流平靜結(jié)構(gòu)，所述液流平靜結(jié)構(gòu)定位于所述負(fù)的半電池的所述流動通道之后的所述電解液管路中。
10.如權(quán)利要求I所述的液流電池組,其中所述液流電池組為ZnFe液流電池組。
11.一種給液流電池組充電的方法，所述方法包含使電解液循環(huán)通過所述液流電池組中負(fù)的半電池的流動通道，其中所述流動通道經(jīng)配置以提供所述電解液在接近所述負(fù)的半電池的沉積表面的金屬沉積區(qū)域中的高速率混合。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述電解液的金屬離子濃度大于所述電解液中所述金屬離子的平衡飽和濃度。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，所述方法進(jìn)一步包含在所述液流電池組的低電阻正極和低電阻負(fù)極上提供均勻的高電流密度，所述高電流密度穿越接近所述負(fù)的半電池的所述沉積表面的所述金屬沉積區(qū)域。
14.一種ZnFe液流電池組，所述ZnFe液流電池組包含 至少一個電池，所述至少一個電池包含正的半電池中的低電阻正極和負(fù)的半電池中的低電阻負(fù)極； 泵，所述泵用于使電解液循環(huán)通過所述負(fù)的半電池的流動通道，其中所述泵和所述通道經(jīng)配置以提供所述電解液在接近沉積表面的沉積區(qū)域中的高速率混合； 其中所述電解液的鋅金屬離子濃度大于所述電解液中所述鋅金屬離子的平衡飽和濃度，并且其中所述沉積區(qū)域中的所述電解液的傳質(zhì)系數(shù)足以維持接近所述沉積表面的鋅金屬離子的電解液濃度，以獲得鋅金屬在均勻的高電流密度下在所述沉積表面上的實(shí)質(zhì)上均勻沉積。
15.如權(quán)利要求I或14所述的液流電池組，其中所述均勻的高電流密度大于70mA/cm2。
全文摘要
基于堿性鋅/鐵氰化亞鐵可充電(“ZnFe”)的高性能液流電池組和類似液流電池組可包括以下改善中的一或更多者。第一，電池組設(shè)計(jì)具有電池堆疊，所述電池堆疊包含至少一個正的半電池中的低電阻正極和至少一個負(fù)的半電池中的低電阻負(fù)極，其中選擇正極電阻和負(fù)極電阻以獲得整個電池堆疊區(qū)域上的均勻高電流密度。第二，以高水平混合流經(jīng)接近沉積表面的Zn沉積區(qū)域中的至少一個負(fù)的半電池的電解液流(諸如，ZnFe電池組中的鋅物種)，其中接近于沉積表面的電解液具有足夠高的鋅濃度，以在沉積表面上獲得維持均勻高電流密度的沉積速率。液流中的混合可由諸如以下的結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)導(dǎo)電網(wǎng)孔和非導(dǎo)電網(wǎng)孔；篩網(wǎng)；帶；泡沫結(jié)構(gòu)；圓錐體、圓柱體或角錐體的陣列；和線或管子的其它布置，上述結(jié)構(gòu)單獨(dú)使用或與平坦電極表面組合使用。第三，鋅電解液具有高濃度，并且在一些實(shí)施例中，鋅電解液的濃度大于平衡飽和濃度，即，鋅電解液的Zn離子超飽和。
文檔編號H01M8/04GK102823046SQ201180016873
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者約瑟夫二世·格羅弗·戈登, 艾倫·J·葛特爾, 戈弗雷·西卡, 格雷戈里·J·威爾遜 申請人:應(yīng)用材料公司