用于金屬-鹵素液流電池的電解液液流配置的制作方法
【專利摘要】一種液流電池和操作液流電池的方法。所述液流電池包括第一電極、第二電極以及位于所述第一電極和所述第二電極之間的反應(yīng)區(qū)。所述液流電池配置為具有充電模式下的第一電解液液流配置和放電模式下的第二電解液液流配置。所述第一電解液液流配置至少部分地不同于所述第二電解液液流配置。
【專利說明】用于金屬-鹵素液流電池的電解液液流配置
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請為2011年6月27日提交的美國申請第13/169，487號的部分繼續(xù)申請，上述申請通過引用其全部并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及電化學(xué)系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0004]可再生能源的發(fā)展振興了對用于非高峰期能源存儲的大型電池的需求。這種應(yīng)用的要求與諸如鉛酸電池之類的其他類型的可充電電池的要求不同。在電力網(wǎng)絡(luò)中用于非高峰期能源存儲的電池通常要求低資本成本、長循環(huán)壽命、高效率、并且低維護(hù)費(fèi)用。
[0005]適合這種能源存儲的一種電化學(xué)能源系統(tǒng)稱為“液流電池”，其在電化學(xué)系統(tǒng)正常工作期間通常在陽電極使用用于還原的鹵素成分，并且通常在陰電極使用適于被氧化的可氧化金屬。當(dāng)鹵素成分在陽電極處還原時，使用水性金屬鹵化物電解液對鹵素成分的供應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充。所述電解液在電極區(qū)域和儲液區(qū)域之間循環(huán)。這種系統(tǒng)的一個例子使用鋅作為金屬，氯作為鹵素。
[0006]這樣的電化學(xué)能源系統(tǒng)在下述文獻(xiàn)中有描述:例如，美國專利第3，713，888號、第 3,993, 502 號、第 4，001,036 號、第 4,072, 540 號、第 4，146,680 號、以及第 4,414, 292號，以及由 Electric Power Research Institute 發(fā)表于 1979 年 4 月的 EPRI ReportEM-1051 (Partsl-3)，所述文獻(xiàn)的公開內(nèi)容在此通過引用其全部并入本文。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]—種實(shí)施方式涉及液流電池。所述液流電池包括第一電極、第二電極以及位于所述第一電極和所述第二電極之間的反應(yīng)區(qū)。所述液流電池配置為具有充電模式下的第一電解液液流配置和放電模式下的第二電解液液流配置。所述第一電解液液流配置至少部分地不同于所述第二電解液液流配置。
[0008]另一實(shí)施方式涉及操作液流電池的方法。所述方法包括使電解液在充電模式下以第一液流配置流動和在放電模式下以第二液流配置流動。所述第一液流配置至少部分地不同于所述第二液流配置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1圖示了具有容納電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)的密封容器的電化學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施方式的側(cè)截面圖。
[0010]圖2圖示了水平放置的電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中液流通路的側(cè)截面圖。
[0011]圖3A是用于保持圖2所示的水平放置的電池單體的框架的第一、充電側(cè)的平面圖。[0012]圖3B是圖3A所示的框架的第二、放電側(cè)的平面圖。
[0013]圖4是圖示圖3A的液流通道的“A”部分的細(xì)節(jié)的平面圖。
[0014]圖5是電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)沿圖3A的A’ -A’線的截面圖。
[0015]圖6是電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)沿圖3A的B’ -B’線的截面圖。
[0016]圖7是電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)沿圖3B的C’ -C’線的截面圖。
[0017]圖8圖示了在充電模式期間電解液液流配置的實(shí)施方式的側(cè)截面圖。所述電解液液流被配置為100%流經(jīng)式液流。
[0018]圖9A圖示了在充電模式期間電解液液流配置的另一實(shí)施方式的側(cè)截面圖。所述電解液液流被配置為大部分流經(jīng)式液流和小部分流通式液流。
[0019]圖9B圖不了在充電模式期間電解液液流配置的另一實(shí)施方式的側(cè)截面圖。所述電解液液流被配置為小部分流經(jīng)式液流和大部分流通式液流。
[0020]圖9C圖示了在充電模式期間電解液液流配置的另一實(shí)施方式的側(cè)截面圖。所述電解液液流被配置為大部分流經(jīng)式液流，小部分流通式液流向上穿過多孔電極。與圖9A所示的實(shí)施方式相比，所述小部分流通式液流通過旁路流出電池單體。
[0021]圖9D圖示了在充電模式期間電解液液流配置的實(shí)施方式的側(cè)截面圖。所述電解液液流被配置為小部分流經(jīng)式液流，大部分流通式液流向上流動穿過多孔電極。與圖9B所示實(shí)施方式相比，所述大部分流通式液流通過旁路流出電池單體。
[0022]圖10圖示了在放電模式期間電解液液流配置的實(shí)施方式的側(cè)截面圖。所述電解液液流配置為100%流通式液流。
[0023]圖1lA圖示了在放電模式期間電解液液流配置的實(shí)施方式的側(cè)截面圖。所述電解液液流被配置為大部分流通式液流和小部分流經(jīng)式液流。
[0024]圖1lB圖示了在放電模式期間電解液液流配置的另一實(shí)施方式的側(cè)截面圖。所述電解液液流被配置為大部分流經(jīng)式液流和小部分流通式液流。
[0025]圖12A圖示了在100%流經(jīng)式液流的充電模式下具有分段電極的電解液液流配置的實(shí)施方式的側(cè)截面圖。
[0026]圖12B圖示了在100%流通式液流的放電模式下具有分段電極的電解液液流配置的實(shí)施方式的側(cè)截面圖。
[0027]圖12C圖示了在流經(jīng)式和流通式液流以及通過旁路部分流出液流的充電模式下具有分段電極的電解液液流配置的實(shí)施方式的側(cè)截面圖。
[0028]圖13A是用于保持圖2所示水平放置的電池單體的可替換實(shí)施方式的框架的第一、充電側(cè)的平面圖。
[0029]圖13B是圖13A所示的可替換實(shí)施方式的框架的第二、放電側(cè)的平面圖。
[0030]圖13C是可替換實(shí)施方式的電化學(xué)系統(tǒng)的組件的示意圖。
[0031]圖14A是根據(jù)可替換實(shí)施方式的電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)沿圖3A的A’ -A’線的截面圖。
[0032]圖14B是電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)沿圖14A的D’ -D’線的截面圖。
[0033]圖15A和圖15B是根據(jù)部分地或全部地插入進(jìn)液流通道的可替換實(shí)施方式的傾斜液流通道插入件的照片。
[0034]圖16A、圖16B和圖16C是可替換實(shí)施方式的插入件的可替換頂表面坡度的側(cè)面示意圖。
[0035]圖17是作為沿液流通道的距離的函數(shù)的電解液垂直液流速率的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及改善/優(yōu)化金屬-鹵素液流電池中電解液通路配置的方法和液流電池。改善的電解液通路配置改善了金屬鍍層形態(tài)、降低了金屬腐蝕速率、并且提高了電流效率。改善的電解液通路配置還改善了整個電池系統(tǒng)的庫倫效率。
[0037]下述的文獻(xiàn)，其公開的內(nèi)容通過引用全部并入本文以用于液流電池系統(tǒng)的教導(dǎo)，可用于理解和實(shí)踐本文描述的實(shí)施方式:美國專利申請第12/523，146號，該申請是2008年I月11日提交的PCT申請PCT/US2008/051111的美國國家階段申請，要求2007年I月16日提交的美國專利申請第11/654，380號的優(yōu)先權(quán)。
[0038]本文公開的實(shí)施方式涉及電化學(xué)系統(tǒng)(有時還稱為“液流電池”)。電化學(xué)系統(tǒng)可使用金屬鹵化物電解液和鹵素反應(yīng)物，例如氯分子。金屬鹵化物電解液中的鹵化物和鹵素反應(yīng)物可以是同一類型。例如，當(dāng)鹵素反應(yīng)物為氯分子時，金屬鹵化物電解液可包含至少一種金屬氯化物。
[0039]電化學(xué)系統(tǒng)可包括:在其內(nèi)部容積內(nèi)容納電化學(xué)電池單體的密封容器、金屬齒化物電解液和鹵素反應(yīng)物、以及配置成將金屬鹵化物電解液和鹵素反應(yīng)物遞送至電化學(xué)電池單體的液流線路。密封容器可以是容納電化學(xué)電池單體的壓力容器。鹵素反應(yīng)物可以是，例如，氯分子反應(yīng)物。
[0040]在許多實(shí)施方式中，鹵素反應(yīng)物可以以液化形式使用。密封容器可以是這樣:該密封容器可維持內(nèi)側(cè)壓強(qiáng)在給定環(huán)境溫度下在鹵素反應(yīng)物的液化壓強(qiáng)之上。給定溫度下的特定鹵素反應(yīng)物的液化壓強(qiáng)可以根據(jù)該鹵素反應(yīng)物的相圖確定。在密封容器中使用液化鹵素反應(yīng)物的系統(tǒng)不需要壓縮器，但是在其他電化學(xué)系統(tǒng)中經(jīng)常使用壓縮器以壓縮氣態(tài)鹵素反應(yīng)物。使用液化鹵素反應(yīng)物的系統(tǒng)不需要單獨(dú)存儲鹵素反應(yīng)物，所述鹵素反應(yīng)物可以放置在密封容器的內(nèi)部容積的外側(cè)。術(shù)語“液化鹵素反應(yīng)物”是指溶于水的鹵素分子(其還稱為濕鹵素或水鹵素)和“干”液體鹵素分子(其不溶于水)中的至少一種。類似地，術(shù)語“液化氯”可指溶于水的氯分子(其還稱為濕氯或水氯)和“干”液體氯(其不溶于水)中的至少一種。
[0041]在許多實(shí)施方式中，系統(tǒng)使用液化氯分子作為鹵素反應(yīng)物。液化氯分子具有大約比水的比重大1.5倍的比重。
[0042]容納在密封容器中的液流線路可以是閉環(huán)線路，該閉環(huán)線路配置為將鹵素反應(yīng)物(優(yōu)選地以液化狀態(tài)或液態(tài))和至少一種電解液遞送至電池單體或從電池單體遞送出鹵素反應(yīng)物(優(yōu)選地以液化狀態(tài)或液態(tài))和至少一種電解液。在許多實(shí)施方式中，閉環(huán)線路可以是密封環(huán)路。盡管在閉環(huán)線路中循環(huán)的諸如鹵素反應(yīng)物和金屬鹵化物電解液之類的成分優(yōu)選為液化狀態(tài)，所述閉環(huán)線路中可包含一定量的氣體，例如氯氣。
[0043]優(yōu)選地，閉環(huán)線路是這樣的:金屬鹵化物電解液和鹵素反應(yīng)物在電池單體中通過同一液流通路進(jìn)行循環(huán)而無需分開。
[0044]每一個電化學(xué)電池單體可包括第一電極、第二電極、以及在第一電極和第二電極之間的反應(yīng)區(qū)，其中第一電極可在正常放電模式下充當(dāng)陽電極，第二電極可在正常放電模式下充當(dāng)陰電極。
[0045]在許多實(shí)施方式中，反應(yīng)區(qū)可以是這樣:在反應(yīng)區(qū)沒有出現(xiàn)鹵素反應(yīng)物的分離，所述鹵素反應(yīng)物例如溶于電解質(zhì)溶液中的鹵素反應(yīng)物或離子化的鹵素反應(yīng)物。例如，當(dāng)鹵素反應(yīng)物是液化的氯反應(yīng)物時，所述反應(yīng)區(qū)可以是這樣:在該反應(yīng)區(qū)沒有出現(xiàn)氯反應(yīng)物的分離，所述氯反應(yīng)物例如溶于電解質(zhì)溶液中的氯反應(yīng)物或氯離子。所述反應(yīng)區(qū)可以是這樣:其在同一電池單體的陽電極和陰電極之間不包含對鹵素反應(yīng)物(例如，溶于電解質(zhì)溶液中的鹵素反應(yīng)物或離子化的鹵素反應(yīng)物)不可滲透的隔膜或分離器。例如，所述反應(yīng)區(qū)可以是這樣:其在同一電池單體的陽電極和陰電極之間不包含對液化的氯反應(yīng)物(例如，溶于電解質(zhì)溶液中的氯反應(yīng)物或氯離子)不可滲透的隔膜或分離器。
[0046]在許多實(shí)施方式中，所述反應(yīng)區(qū)可以是這樣:在該反應(yīng)區(qū)沒有出現(xiàn)鹵素離子(例如，在其中一個電極處通過氧化鹵素反應(yīng)物形成的鹵素離子)與液流的其余部分分離。換而言之，所述反應(yīng)區(qū)可以是這樣:其在同一電池單體的陽電極和陰電極之間不包含對鹵素離子(例如氯離子)不可滲透的隔膜或分離器。而且，所述電池單體可以是混合流電池的電池單體而不是氧化還原液流電池的電池單體。因而，在混合流電池的電池單體中，諸如鋅之類的金屬鍍在其中一個電極上，所述反應(yīng)區(qū)缺少允許離子通過的離子交換隔膜(即，在陽電極和陰電極之間沒有離子交換隔膜)，并且電解液沒有通過離子交換隔膜分離為陰極電解液和陽極電解液。
[0047]在某些實(shí)施方式中，第一電極可以是多孔電極或包含至少一個多孔元件。例如，第一電極可包括多孔的或可透過的炭、金屬或金屬氧化物電極。例如，第一電極可包括多孔炭泡沫、金屬網(wǎng)或多孔的混合金屬氧化物涂覆的電極，例如涂覆釕氧化物的多孔鈦電極(即，鍍釕的鈦)。在放電和充電模式中，第一電極可充當(dāng)陽電極，在陽電極處鹵素可還原為鹵素離子。在第一電極中使用多孔材料可提高鹵素反應(yīng)物的還原效率從而提高電池的電流效率。
[0048]在許多實(shí)施方式中，第二電極可包括初始可沉積并且可氧化的金屬，即在放電模式期間可以氧化形成陽離子的金屬。在許多實(shí)施方式中，第二電極可包括與金屬鹵化物電解液的一種成分的金屬離子為同種類型的金屬。例如，當(dāng)金屬鹵化物電解液包括鹵化鋅(例如，氯化鋅)，第二電極可包括金屬鋅?？商鎿Q地，電極可包括另外的材料，例如鍍有鋅的鈦。在這樣的情形下，電化學(xué)系統(tǒng)可具有可逆系統(tǒng)的功能。
[0049]因而，在一些實(shí)施方式中，電化學(xué)系統(tǒng)可以是可逆的，即，能夠在充電和放電兩種操作模式下工作；或者可以是不可逆的，即，僅能夠在放電操作模式下工作?？赡娴碾娀瘜W(xué)系統(tǒng)通常在電解液中使用至少一種金屬鹵化物，這樣金屬鹵化物中的金屬在其還原形式下足夠強(qiáng)和穩(wěn)定以能夠形成電極。可以用于可逆系統(tǒng)的金屬鹵化物包括鹵化鋅，因?yàn)殇\元素足夠穩(wěn)定以能夠形成電極。另一方面，不可逆的電化學(xué)系統(tǒng)不使用滿足上述要求的金屬鹵化物。用于不可逆系統(tǒng)的金屬鹵化物的金屬在其還原、元素形式下通常不穩(wěn)定和強(qiáng)以能夠形成電極。這樣的不穩(wěn)定金屬及其對應(yīng)的金屬鹵化物的例子包括鉀(K)和鹵化鉀以及鈉(Na)和鹵化鈉。
[0050]金屬鹵化物電解液可以是水性的電解溶液。該電解液可以是至少一種金屬鹵化物電解質(zhì)化合物(例如ZnCl2)的水性溶液。例如，溶液可以是15%-50%的ZnCl2的水性溶液，例如,25%的ZnCl2溶液。在某些實(shí)施方式中，電解液可包含一種或一種以上添加劑，所述添力口齊阿增強(qiáng)電解溶液的電導(dǎo)率。例如，當(dāng)電解液包含ZnCl2時，這樣的添加劑可以是鈉鹽或鉀鹽的一種或一種以上，例如NaCl或KCl。
[0051]圖1示出了電化學(xué)系統(tǒng)100，所述電化學(xué)系統(tǒng)100包括容納在密封容器101中的至少一個電化學(xué)電池單體、電解液和齒素反應(yīng)物。密封容器101優(yōu)選為壓力安全殼,所述壓力安全殼配置為在其內(nèi)部容積102中保持壓強(qiáng)高于一個大氣壓強(qiáng)。優(yōu)選地，所述密封容器101配置為在其內(nèi)部容積中保持壓強(qiáng)高于鹵素反應(yīng)物(例如:氯元素)的液化壓強(qiáng)。對于在例如IO0C -40°C的正常溫度下工作，所述密封容器可配置為保持內(nèi)部壓強(qiáng)為:至少75psi或至少IOOpsi或至少125psi或至少150psi或至少175psi或至少200psi或至少250psi或至少300psi或至少350psi或至少400psi或至少450psi或至少500psi或至少550psi或至少600psi，例如75ps1-650psi或75ps1-400psi，以及之前描述的所有子區(qū)間。所述密封容器的壁可由能夠承受所需壓強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成。這種材料的一個非限定例子為不銹鋼。
[0052]容納在密封容器101內(nèi)部的所述至少一個電化學(xué)電池單體優(yōu)選為水平放置的電池單體，所述水平放置的電池單體可包括由間隙分開的水平的陽電極和水平的陰電極。所述水平放置的電池單體是有優(yōu)勢的，因?yàn)楫?dāng)液體循環(huán)由于例如關(guān)閉放電泵或充電泵而停止時，一定數(shù)量的液體(電解液和/或鹵素反應(yīng)物)可保留在電池單體的反應(yīng)區(qū)中。所述數(shù)量的液體可以提供同一電池單體的陽電極和陰電極之間的電接觸。與使用縱向放置的電池單體的系統(tǒng)相比，當(dāng)金屬鹵化物電解液和鹵素反應(yīng)物的循環(huán)恢復(fù)時，在反應(yīng)區(qū)中存在液體可使電化學(xué)系統(tǒng)的重啟更快，同時避開了中斷。反應(yīng)區(qū)中存在電解液可使電池單體在沒有循環(huán)的情況下保持充電，因此，確保系統(tǒng)提供不間斷供電(UPS)。水平放置的電池單體與用作鹵素反應(yīng)物的液化氯反應(yīng)物結(jié)合，還可以防止或減少操作期間氯氣氣泡的形成。
[0053]在許多實(shí)施方式中，所述密封容器可包括一個以上電化學(xué)電池單體。在一些實(shí)施方式中，所述密封容器可包括多個電化學(xué)電池單體，所述多個電化學(xué)電池單體可以串聯(lián)連接。在一些實(shí)施方式中，串聯(lián)連接的多個電化學(xué)電池單體可堆疊布置。例如，圖1中元件103表示串聯(lián)連接的水平放置的電化學(xué)電池單體的豎直堆疊結(jié)構(gòu)。水平放置的電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)可與W02008/089205的第7至11頁和圖1至圖3公布的內(nèi)容類似，該文獻(xiàn)通過引用將其全部并入本文。單個水平放置的電池單體的優(yōu)勢同樣適于所述堆疊結(jié)構(gòu)。
[0054]所述電化學(xué)系統(tǒng)可以包括供給管或供給集合管，所述供給管或供給集合管可以配置為在正常放電操作模式下將包括金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物的混合物遞送至所述至少一個電池單體。所述電化學(xué)系統(tǒng)還可以包括返回管或返回集合管，所述返回管或返回集合管可以配置為在放電模式下收集來自所述至少一個電化學(xué)電池單體的電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。該產(chǎn)物可以是包括金屬鹵化物電解液和/或液化鹵素反應(yīng)物的混合物，盡管與進(jìn)入電池單體的混合物相比，由于在放電模式下對鹵素反應(yīng)物的消耗，所述混合物中鹵素反應(yīng)物的濃度可能降低。
[0055]例如，在圖1中的供給管或供給集合管115配置為將包括金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物的混合物遞送至堆疊結(jié)構(gòu)103的水平放置的電池單體。返回管或返回集合管120配置為收集來自所述堆疊結(jié)構(gòu)的電池單體的電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。下文將進(jìn)一步論述，在一些實(shí)施方式中，供給管或供給集合管和/或返回管或返回集合管可以是用于水平放置的電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)的堆疊組件的一部分。在一些實(shí)施方式中，堆疊結(jié)構(gòu)103可由容器101的壁直接支承。然而，在一些實(shí)施方式中，堆疊結(jié)構(gòu)103可由與容器101和/或儲液器119的壁連接的一個或一個以上管、柱形物或帶狀物支承。
[0056]供給管或供給集合管和返回管或返回集合管可與儲液器119連接，所述儲液器119可容納液化的(例如液體)鹵素反應(yīng)物和/或金屬鹵化物反應(yīng)物。這樣的儲液器可位于密封容器101內(nèi)。儲液器、供給管或供給集合管、返回管或返回集合管和所述至少一個電池單體可形成用于循環(huán)金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物的環(huán)路。
[0057]金屬鹵化物電解液以及液化鹵素反應(yīng)物可在充電模式和放電模式下沿相反的方向流過環(huán)路。在放電模式下，供給管或供給集合管115可用于將金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物從儲液器119遞送到至少一個電池單體103，返回管或返回集合管120用于將金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物從所述至少一個電池單體遞送回到儲液器。在充電模式下，返回管或返回集合管120可用于將金屬鹵化物電解液和/或液化鹵素反應(yīng)物從儲液器119遞送到至少一個電池單體103，供給管或供給集合管115用于將金屬鹵化物電解液和/或液化鹵素反應(yīng)物從所述至少一個電池單體103遞送回到儲液器119。
[0058]在一些實(shí)施方式中，當(dāng)系統(tǒng)使用水平放置的電池單體的豎直堆疊結(jié)構(gòu)時，返回管或返回集合管120可以是向上排液的返回管或返回集合管。管道120包括上行部分121和下行部分122。在放電模式下，金屬鹵化物電解液和液化鹵素電解液的液流離開堆疊結(jié)構(gòu)103的電池單體，向上穿過部分121，并接著穿過部分122向下到儲液器。向上排液的返回管或返回集合管可以防止液流大部分穿過堆疊結(jié)構(gòu)103的底部電池單體，從而在堆疊結(jié)構(gòu)的電池單體之間提供更均勻的流徑阻抗。
[0059]電化學(xué)系統(tǒng)可包括用于泵送金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物的一個或一個以上泵。這樣的泵可位于密封容器的內(nèi)部容積之內(nèi)或也可不位于密封容器的內(nèi)部容積之內(nèi)。例如，圖1示出了放電泵123，其流體連接儲液器119和供給管或供給集合管115，其被配置為在放電模式下通過供給管或供給集合管115將金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物遞送至電化學(xué)電池單體103中。在一些實(shí)施方式中，電化學(xué)系統(tǒng)可包括在圖1中描繪為元件124的充電泵。充電泵流體連接返回管或返回集合管120和儲液器119，并可用于在充電模式下通過返回管或返回集合管將金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物遞送至電化學(xué)電池單體。在一些實(shí)施方式中，所述電化學(xué)系統(tǒng)可包括充電泵和放電泵二者。充電泵和放電泵可被配置為通過包括供給管或供給集合管和返回管或返回集合管的環(huán)路沿相反的方向泵送金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物。優(yōu)選地，充電泵和放電泵可以以這樣的方式配置:使得在規(guī)定時間僅有一個泵運(yùn)行。這樣的布置可提高系統(tǒng)的可靠性并延長系統(tǒng)的壽命。這種相反的泵布置還可以使得在系統(tǒng)中不使用在充電模式和放電模式之間切換的閥。這種轉(zhuǎn)換閥成本通?？沙^一個附加泵。因此，這種相反的泵布置可降低系統(tǒng)的整體成本。
[0060]系統(tǒng)中所使用的泵可以是向心泵。在一些實(shí)施方式中，可優(yōu)選的使用能夠提供至少30升/分鐘泵送速率的泵。
[0061]圖1描述了作為元件119的儲液器。儲液器119可由對于鹵素反應(yīng)物惰性的材料制成。這種惰性材料的一個非限制性例子可以是聚合物材料，如聚氯乙烯(PVC)。儲液器119還可以存儲金屬鹵化物電解液。在這樣的情況下，如果使用液化氯作為液化鹵素反應(yīng)物，那么液化氯可以由于其具有更高的密度(比重)而與金屬鹵化物電解液分離和/或通過在同時未決的美國專利申請第61/364631號中描述的分離裝置來與金屬鹵化物電解液分離，該文獻(xiàn)的公開內(nèi)容在此通過引用將其全部并入本文以用于所述分離裝置的教導(dǎo)。圖1示出了在所述儲液器的下部(元件126)的液化氯和在儲液器中位于液化氯之上(元件125)的金屬鹵化物電解液。
[0062]儲液器119可包括液化鹵素反應(yīng)物的供給管線，該供給管線可將鹵素反應(yīng)物提供到系統(tǒng)的供給管或供給集合管115。系統(tǒng)的鹵素反應(yīng)物供給管線和供給集合管之間的連接可以存在于放電泵123的前面、存在于放電泵123處或存在于放電泵123的后面。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)的鹵素反應(yīng)物供給管線和供給集合管之間的連接可以包括混合文氏管。圖1呈現(xiàn)了作為元件127的液化鹵素反應(yīng)物的供給管線。供給管線(例如管道或?qū)Ч?127的入口可延長至儲液器119的下部126，在所述儲液器119的下部126可存儲液化鹵素反應(yīng)物(例如液化氯反應(yīng)物)。供給管線127的出口連接到放電泵123的入口。攝入電解液的供給管線，例如管道或?qū)Ч?32，可延伸至上部125，金屬鹵化物電解液位于上部125。
[0063]如上文所述，在一些實(shí)施方式中，儲液器119可以包括分離裝置，例如一個或多個槽板，所述槽板可以是，例如，帶有孔的水平板。當(dāng)在放電模式下液化鹵素反應(yīng)物返回(例如，從返回管或返回集合管120返回)到儲液器119時，槽板可有助于諸如液化氯反應(yīng)物之類的液化鹵素反應(yīng)物沉在儲液器的下部126。優(yōu)選地但非必須地，儲液器119位于電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)103的下方。
[0064]在一些實(shí)施方式中，儲液器119可以包括一個或多個隔板。這樣的隔板可以是位于儲液器頂部和底部的縱向板。所述隔板可減少和/或防止金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物回流期間的渦流，從而加強(qiáng)了儲液器中液化鹵素與金屬鹵化物電解液的分離。
[0065]在一些實(shí)施方式中，放電泵可相對儲液器放置，使得所述放電泵的入口 /出口位于儲液器中金屬鹵化物電解液的上水平面的下方。在一些實(shí)施方式中，放電泵的入口 /出口可水平或基本水平地放置。在這樣的布置中，金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物的液流可在放電泵中轉(zhuǎn)向90度，從在入口的水平方向轉(zhuǎn)為在供給集合管或供給管115的垂直方向。在一些實(shí)施方式中，放電泵123的入口可包括承口件，所述承口件可減緩液流，從而防止/減少儲液器中湍流的形成。
[0066]所述充電泵也可以這樣放置:所述充電泵的入口 /出口置于儲液器中金屬鹵化物電解液的上水平面的下方。在一些實(shí)施方式中，充電泵的入口 /出口可以位于比放電泵的入口 /出口低的水平面。充電泵的入口 /出口也可具有承口件，所述承口件可減緩液流，從而防止/減少儲液器中湍流的形成。
[0067]因此，概括而言，儲液器119具有:下部126，該下部可容納諸如液化的氯分子反應(yīng)物之類的液化鹵素反應(yīng)物；上部125，該上部可容納金屬鹵化物反應(yīng)物；水平的槽板；垂直的隔板；放電泵的水平入口 ；充電泵的水平出口和液化鹵素反應(yīng)物的供給管線，該供給管線在儲液器的下部126有入口并且與放電泵的入口連接。槽板大致設(shè)置在金屬鹵化物電解液和鹵素反應(yīng)物之間的邊界預(yù)期位于的水平面處。放電泵的的入口和充電泵的出口可穿過儲液器的壁伸出。
[0068]在一些實(shí)施方式中，電化學(xué)系統(tǒng)可包括控制元件，例如，該控制元件可以用于控制放電泵的速率、充電泵的速率和/或向電解液供給鹵素反應(yīng)物的速率。這樣的控制元件可以是模擬電路。圖1描述了作為元件128的控制元件，其可以控制下述參數(shù)中的一個或一個以上:充電泵124的速率和放電泵123的速率和液化氯反應(yīng)物通過供給管線127的供給速率。[0069]密封容器的內(nèi)部容積可具有數(shù)個加壓區(qū)，各加壓區(qū)具有不同壓強(qiáng)。例如，內(nèi)部容積可包括第一區(qū)和具有比第一區(qū)的壓強(qiáng)高的壓強(qiáng)的第二區(qū)。在一些實(shí)施方式中，第一區(qū)可以由第二、壓強(qiáng)較高的區(qū)包裹或圍繞。第一區(qū)可容納電解液/液化的鹵素反應(yīng)物環(huán)路，即儲液器119、電池單體103、泵123和124、集合管115、120，而第二圍繞或包裹區(qū)可以是第一區(qū)和密封容器101的壁之間的空間。在圖1中，電池單體103、供給集合管或供給管115、儲液器119、包括儲液器的上部125中的金屬鹵化物反應(yīng)物和其下部126中的液化的鹵素反應(yīng)物、以及返回集合管或返回管120全部可以位于第一壓強(qiáng)區(qū)，而壓強(qiáng)較高的第二區(qū)可以由容器101的內(nèi)部容積的區(qū)域129、130和131表示。
[0070]在這樣的布置中，第一區(qū)的壓強(qiáng)可以是足以在給定溫度下液化鹵素反應(yīng)物的壓強(qiáng)。這樣的壓強(qiáng)可以是:至少75psi或至少IOOpsi或至少125psi或至少150psi或至少175psi或至少200psi或至少250psi或至少300psi或至少350psi或至少400psi,例如75ps1-450psi或75psi_400psi及其任意子區(qū)間。同時，第二壓強(qiáng)區(qū)的圍繞壓強(qiáng)可以高于第一區(qū)的最大工作壓強(qiáng)。這樣的圍繞壓強(qiáng)可以是至少75psi或至少IOOpsi或至少125psi或至少150psi或至少175psi或至少200psi或至少250psi或至少300psi或至少350psi或至少400psi或至少450psi或至少500psi或至少550psi或至少600psi,例如75psi_650psi或200psi_650psi或400psi_650psi及其任意子區(qū)間。
[0071]所述包裹布置可提供多種優(yōu)勢。例如，在第一區(qū)/環(huán)路發(fā)生泄漏的情形下，所述圍繞的第二區(qū)的較高壓強(qiáng)可以使所述泄漏成分流向第一區(qū)，而不是流出第一區(qū)。而且，所述圍繞的壓強(qiáng)較高的區(qū)可減少/防止在第一區(qū)/環(huán)路的組件上的疲勞裂紋蔓延，包括由塑料制成的組件，例如集合管和儲液器的壁。加壓包裹布置還可允許使用較薄的密封容器外壁，然而，這可以防止變形，所述變形會對金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物的內(nèi)部液流幾何結(jié)構(gòu)有不利影響。在沒有加壓的第二區(qū)的情形下，可要求有較厚的外壁來防止由于無支撐結(jié)構(gòu)來抵抗內(nèi)部較高壓強(qiáng)的膨脹力而導(dǎo)致的變形。
[0072]在一些實(shí)施方式中，密封容器的外壁可以由一個圓筒元件和兩個圓形端板形成，所述兩個圓形端板中的一個可以放置在圓筒元件的頂部，而另一圓形端板可以放置在底部以密封該容器。對于這樣的外壁使用加壓包裹布置允許使用較薄的端板，與外壁暴露在系統(tǒng)操作期間產(chǎn)生的可變壓強(qiáng)下的情形相比不會暴露金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物的內(nèi)部液流幾何結(jié)構(gòu)。
[0073]第二壓強(qiáng)區(qū)可填充有諸如氬或氮之類的惰性氣體。在一些實(shí)施方式中，第二壓強(qiáng)區(qū)還可容納附加成分，該附加成分可中和從第一區(qū)泄露出的反應(yīng)物(例如，鹵素反應(yīng)物)，和/或從而修復(fù)第一區(qū)/環(huán)路的壁。這樣的附加材料可以是，例如，蘇打粉。因而，空間129、130和131可以填充蘇打粉。
[0074]加壓包裹布置的電化學(xué)系統(tǒng)可以按照如下制造。首先，可以制造金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物的密封環(huán)路。該密封環(huán)路可以是這樣:其能夠維持內(nèi)部壓強(qiáng)高于在給定溫度下的液化鹵素的液化壓強(qiáng)。密封環(huán)路可包括下述元件中的一種或一種以上:一個或一個以上電化學(xué)電池單體，用于儲存金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物的儲液器；用于將金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物從所述儲液器遞送至所述一個或一個以上電池單體的供給集合管或供給管；用于將金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物從所述一個或一個以上電池單體遞送回至所述儲液器的返回集合管；以及一個或一個以上泵。在制造出環(huán)路之后，可以將該環(huán)路放置在容器的內(nèi)側(cè)，所述容器隨后可以加壓達(dá)到比環(huán)路的最大工作壓強(qiáng)高的壓強(qiáng)，然后密封。所述容器的加壓可以通過泵送諸如氬或氮之類的惰性氣體以及任選的一個或一個以上附加組分來執(zhí)行。當(dāng)通過圓筒元件和兩個端板形成容器的壁時，密封過程可包括端板位于圓筒元件的頂部和底部。
[0075]圖2圖示了在放電模式下金屬鹵化物電解液和液化鹵素反應(yīng)物的液流穿過堆疊結(jié)構(gòu)(例如，圖1中的堆疊結(jié)構(gòu)103)的水平放置的電池單體的液流通路。在圖2中通過箭頭表示電解液液流通路。對于堆疊結(jié)構(gòu)中的每一個電池單體，液流可以從供給管或供給集合管21 (圖1中的元件115)開始，進(jìn)入分配區(qū)22，穿過多孔“氯”電極23，在金屬電極25(可包括基底和位于該基底上的可氧化金屬，例如，該基底可以是欽基底或鍛釘欽基底，例如，該可氧化金屬可以是鋅)之上，到達(dá)收集區(qū)26，通過向上的返回集合管27 (圖1中的元件121)，并到達(dá)返回管29 (圖1中的元件122)。
[0076]在一些實(shí)施方式中，兀件24可以放置在金屬電極25的底部。在又一些其他實(shí)施方式中，可以省略這樣的元件。元件24的目的可以是防止金屬鹵化物電解液的液流在穿過位于下面的相鄰電池單體的多孔電極時接觸活性金屬電極。換而言之，元件24防止電解液接觸每個金屬電極25的一側(cè)(例如,底側(cè)),所以金屬(例如，鋅)僅鍍在金屬電極25的相反側(cè)(例如，頂側(cè))。在一些情形下，元件24可包括聚合物材料或塑料材料。
[0077]圖2還示出了擋板30。每個擋板30可以是下面更加詳細(xì)描述的電池單體框架31的一部分。擋板30可以將同一電池單體的陽電極與陰電極分離。擋板30可包括電絕緣材料，該電絕緣材料可以是聚合材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)。電池單體框架31可以由諸如PTFE之類的聚合材料制成。電池單體框架31可包括板狀框架，該板狀框架在彼此之上堆疊使得在電池單體框架上的開口對齊形成集合管21、27和29。然而，如果需要，也可以使用其他集合管結(jié)構(gòu)。
[0078]在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，金屬鹵化物電解液可以被推進(jìn)向下流穿過多孔電極并且隨后向上流以離開電池單體。這樣的向下和向上液流通路可以在電解液停止流動并且供給集合管、分配區(qū)、收集區(qū)、和返回集合管干涸時使各電池單體的多孔電極和金屬電極與各電池單體中剩余的金屬鹵化物電解液池電接觸。這樣的接觸可允許在液流停止時維持電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)的電連續(xù)性并且可在沒有持續(xù)性泵操作的情形下提供不間斷電源(UPS)應(yīng)用。各電池單體內(nèi)的向下和向上的液流通路還可中斷分路電流，否則在電解液液流停止時會出現(xiàn)分路電流。分路電流是不期望的，因?yàn)榉致冯娏骺蓪?dǎo)致系統(tǒng)中存儲的能量的不期望的自放電和導(dǎo)致一種或一種以上活性材料(例如，諸如Zn之類的可氧化金屬)在整個堆疊結(jié)構(gòu)中的不利的非均勻分布。
[0079]圖3A和圖3B分別圖示了圖2所示用于保持水平放置的電化學(xué)電池單體的框架31的充電面或表面(例如底面)特征和放電面或表面(例如:頂面)特征?？蚣?1包括充電模式入口集合管I，在充電模式期間電解液通過充電模式入口集合管I提供至電化學(xué)電池單體。如上文所述，集合管I是穿過所述框架31與其他堆疊的框架31上的類似的孔對齊以形成集合管的孔。集合管I可包括與圖1和圖2中所示集合管115、21相同的集合管。電解液從充電模式入口集合管I流經(jīng)框架31中的液流通道40c和入口 61到達(dá)電化學(xué)電池單體。在圖3A所示實(shí)施方式中，充電模式入口集合管I連接至連續(xù)分為子通道(即:使各通道兩次或多次地分成兩條子通道的液流分開節(jié)點(diǎn))的單液流通道40c以向電極23、25提供更加均勻和層流的電解液液流。在穿過電極23、25之后，電解液經(jīng)由公共出口 65流出電池單體進(jìn)入在框架31上在充電入口集合管I的相對端或相對側(cè)的液流通道40e。電解液從出口液流通道40e排出至公共出口(即:排液)集合管3。出口集合管3可包括分別與圖1和2中所示集合管121和27相同的集合管。出口通道40e也可包括如圖3A所示的液流分開節(jié)點(diǎn)/子通道。如圖3A所示，只有充電模式入口集合管I流體連接至在框架31的充電側(cè)的通道40c。
[0080]如圖3B所示，在放電側(cè)，放電模式入口集合管2 (在圖1和2中未示出)連接至放電入口通道40d而充電入口集合管I與放電入口通道40d在流動性方面隔離。公共出口(即:排液)集合管3通過在框架31的放電(即:頂部)表面上的任選的旁路通道44連接至電化學(xué)電池單體。旁路通道44和旁路出口 66的操作將在下文詳細(xì)說明。另外，電解液液流從通道40d和入口 62穿過多孔電極23，流過電池單體的反應(yīng)區(qū)并且隨后通過公共出口65以及隨后的出口通道40e流出至公共出口集合管3。
[0081]圖4圖示了圖3A中通過標(biāo)有“A”的框標(biāo)識的部分的細(xì)節(jié)。在一種實(shí)施方式中，從每個充電模式液流通道40c進(jìn)入包含電化學(xué)電池單體的中央開口空間41的入口 61包括擴(kuò)張部分45。擴(kuò)張部分45具有比其余通道40c更大的寬度，并且可具有向著入口 61持續(xù)增加的寬度(即:當(dāng)從上方觀察時的三角形)。擴(kuò)張部分45有助于擴(kuò)散電解液并且從而使穿過電極23、25的電解液具有更加均勻和層流的液流分布。在一種實(shí)施方式中，擴(kuò)張部分45還包括隆起物或柱狀物46。所述隆起物或柱狀物46與流動的電解液相互作用以減小在入口液流處的湍流。采用這樣的方式，可以為電極23、25提供更加平穩(wěn)、更加呈層流的電解液液流。
[0082]圖5圖示了框架的堆疊結(jié)構(gòu)中電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式沿圖3A中的A’ -A’線的截面圖。A’ -A’截面圖從入口集合管I到出口集合管3與電化學(xué)電池單體中電解液的液流橫切。在該實(shí)施方式中，框架31包括突出部33，突出部33上布置有無孔(陰)金屬電極25。此外，第一電化學(xué)電池單體102a的無孔電極25通過諸如金屬間隔物或碳間隔物之類的導(dǎo)電間隔物18與相鄰電化學(xué)電池單體102b的多孔(陽)電極23隔開和連接。從而在第一電化學(xué)電池單體102a的無孔電極25和相鄰電化學(xué)電池單體102b的多孔電極23之間形成電解液液流通路。而且，導(dǎo)電間隔物將電解液液流通路分為一系列液流通道19。
[0083]在一種實(shí)施方式中，相鄰電化學(xué)電池單體單體102的電極23、25作為組件50配設(shè)。在這樣的實(shí)施方式中，第一電化學(xué)電池單體102a的無孔電極25、導(dǎo)電間隔物18和相鄰電化學(xué)電池單體單體102b的多孔電極23組裝為一個單元。單個的元件可以粘接、螺接、鉗接、銅焊、錫焊或以其他方式接合在一起。電極組件50的制造簡化并且加速了堆疊液流電池單體裝置的組裝。各電極組件置于相應(yīng)的框架31內(nèi)，使得一個電極(例如，較大的無孔電極25)由框架31的突出部33支承，并且另一個電極(例如，較小的多孔電極23)通過另一個電極的間隔物18懸在突出部33之間的空間41中。當(dāng)然電極的順序可以顛倒并且多孔電極可以由突出部33支承?？梢允褂闷渌姌O附著配置，例如螺接至或鉗接至框架。具有電極23、25的框架31彼此堆疊以形成電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)103。由于各框架是堆疊的，新電池單體102a通過上框架的底部多孔電極23和相鄰下框架的頂部無孔電極25之間的反應(yīng)區(qū)32形成。如圖5所示，同一電池單體(例如，102a)的電極23、25彼此不物理接觸或電接觸并且包括獨(dú)立的電極組件的一部分。
[0084]圖6圖示了電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)沿圖3A中B’ -B’線的截面圖。該截面圖是橫跨充電入口集合管I穿過電化學(xué)電池單體102的堆疊結(jié)構(gòu)103和公共出口排液集合管3的切面。如圖示，公共出口排液集合管3位于圖6左側(cè)而充電入口集合管I位于圖6的右偵U。這就是說，圖6是圖3A的鏡像(即:截面圖的180度旋轉(zhuǎn))，這使得圖6可以方便地用于與圖8至圖12結(jié)合以說明液流電池中的電解液液流。具體而言，圖6的截面圖圖示了圖8中所示的充電液流配置中框架31和電池單體102的配置。
[0085]為了實(shí)現(xiàn)圖8中所示的液流配置(在充電模式下100%的流經(jīng)式(flow-by)液流)，框架在框架底面配設(shè)流經(jīng)式通道40c。流經(jīng)式通道40c將充電入口集合管I與各電池單體的反應(yīng)區(qū)32連接，使得在充電模式下100%的流入電解液橫跨無孔電極25流動以在各電池單體102的各電極25頂部沉積一層鋅。沒有流入電解液從充電入口集合管I直接遞送至多孔電極23或穿過多孔電極23進(jìn)入反應(yīng)區(qū)32。在電化學(xué)電池單體的充電入口集合管I的相反一側(cè)，出口液流通道40e配設(shè)在框架31的底面以用于電解液到達(dá)公共出口排液集合管
3。框架31還包括在所述框架頂面或頂表面的旁路通道44，所述旁路通道44允許在液流通道19中的電解液流出至公共出口排液集合管3。
[0086]圖7是電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)沿圖3B的C’ -C’線的截面圖。圖7是圖3B的鏡像(即:截面圖的180度旋轉(zhuǎn))。該截面圖對應(yīng)圖10所示的放電液流配置(100%流通式(flow-through)放電液流)。通道40d將框架31中的放電入口集合管2連接至在各電極組件50的間隔物18之間的液流通道19。電解液通過穿過流通式通道40d經(jīng)由放電模式入口集合管2進(jìn)入電池單體102，其中所述流通式通道40d配置為經(jīng)由入口 62和液流通道19將電解液遞送至多孔電極23的頂部。因?yàn)樵诳蚣?1的頂部沒有連接至集合管2的流經(jīng)式通道40c，所有的電解液被提供至多孔電極23的頂部。在適度的電解液液流速率下，所有電解液流動穿過多孔電極23到達(dá)下面的反應(yīng)區(qū)32。電解液隨后通過出口液流通道40e流出電池單體102到達(dá)公共出口排液集合管3。在較高的電解液液流速率下，部分電解液可經(jīng)由旁路出口 66和旁路通道44流出液流通道19到達(dá)公共出口排液集合管3，而不經(jīng)過多孔電極23、反應(yīng)區(qū)32和通道40e。可替換地，電池單體和框架可以倒置，使得充電模式通道40c在各框架的頂部并且放電模式通道40d在各框架的底部。
[0087]因此，如圖3A、圖3B、圖5、圖6、圖8和圖10所示，充電模式電解液入口 61位于在第一電極23和第二電極25之間的反應(yīng)區(qū)32。入口 61與框架底部的通道40c連接，所述通道40c與充電模式入口集合管I連接。放電模式電解液入口 62位于反應(yīng)區(qū)32外部、鄰近所述第一電極23的背對所述反應(yīng)區(qū)32的表面。具體地，入口 62位于多孔電極23之上的通道19和框架31頂部的與集合管2連接的通道40d之間。公共電解液出口 65位于在第一電極23和第二電極25之間的反應(yīng)區(qū)32。出口 65與框架31底部的連接至集合管3的通道40e連接。
[0088]圖8至圖12圖示了在充電模式和放電模式下具有不同液流配置的液流電池單體實(shí)施方式的側(cè)截面圖。通過在堆疊結(jié)構(gòu)的電池單體中具有分離的電解液充電模式入口集合管I和放電模式入口集合管2來產(chǎn)生不同的液流狀態(tài)。公共電解液出口集合管3可在充電模式和放電模式下使用。因此，液流電池優(yōu)選地包括充電模式入口集合管1、與充電模式入口集合管I不同的放電模式入口集合管2、以及充電和放電模式公共電解液出口集合管3。優(yōu)選地，公共電解液出口集合管3配置為在充電模式下和放電模式下均允許電解液離開反應(yīng)區(qū)。在一種實(shí)施方式中，自充電模式入口集合管I引出的通道40c的入口 61位于或直接鄰近在第一電極23和第二電極25之間的反應(yīng)區(qū)32。自放電模式入口集合管2引出的通道40d的入口 62位于反應(yīng)區(qū)32的外部、鄰近所述第一電極23的背對所述反應(yīng)區(qū)32的表面。將通道40e引向公共電解液出口集合管3的出口 65位于或直接鄰近第一電極23和第二電極25之間的反應(yīng)區(qū)32。
[0089]可替換地，如果需要，可以在充電模式下和放電模式下使用分離的出口。圖8、圖9A、圖9B、圖9C和圖9D圖示了用于充電模式的不同液流配置。圖10、圖1lA和圖1lB圖示了用于放電模式的不同液流配置。圖12A、圖12B和圖12C圖示了在含有分段電極23、25的電池單體中用于充電模式和放電模式的液流配置。
[0090]如上文所述，圖8、圖9A、圖9B、圖9C和圖9D圖示了充電模式下的電解液液流。在圖8所示實(shí)施方式中，電解液液流配置為處于100%的“流經(jīng)式”模式。在充電模式流經(jīng)式模式，電解液從集合管I流動穿過充電入口 61直接進(jìn)入反應(yīng)區(qū)32。也就是說，電解液流經(jīng)第一電極23和第二電極25而不會穿過上述兩個電極中的任一電極。在穿過反應(yīng)區(qū)32之后，電解液經(jīng)由出口 65流出液流電池單體102到達(dá)通道40e并隨后進(jìn)入公共出口集合管3。
[0091]在圖9A所示實(shí)施方式中，大部分電解液以充電模式流經(jīng)式模式流動而小部分電解液以充電模式“流通式”模式流動。在充電模式流通式模式下，電解液流動穿過多孔電極
23。在該實(shí)施方式中，在充電模式下電解液從集合管2經(jīng)由入口 62提供至多孔電極23的頂部并且在重力作用下向下流動穿過多孔電極23進(jìn)入反應(yīng)區(qū)32。像在前的實(shí)施方式那樣，電解液經(jīng)由出口 65流出液流電池單體102進(jìn)入通道40e并且隨后進(jìn)入公共出口集合管3?？商鎿Q地，如果電解液經(jīng)由集合管I提供至多孔電極23的頂部，那么在集合管I和框架31頂部的通道40d之間增加了單獨(dú)的開口。
[0092]圖9B所示的實(shí)施方式類似于圖9A所示的實(shí)施方式。但是，在該實(shí)施方式中，在液流電池單體的充電循環(huán)期間，大部分電解液以充電模式流通式模式提供至液流電池單體102。在充電期間，小部分電解液以充電模式流經(jīng)式提供。因此，在該實(shí)施方式中，至少部分電解液以充電模式流經(jīng)式模式提供。
[0093]在圖9C中，電解液從充電模式入口集合管I經(jīng)由框架31上的流經(jīng)式通道40c和入口 61提供至液流電池單體102。大部分電解液以充電模式流經(jīng)式模式橫跨金屬電極25流動。但是，不像圖8所示實(shí)施方式，電解液液流的速率是這樣的:小部分電解液向上流過多孔電極23并經(jīng)由旁路通道44流出進(jìn)入集合管3。
[0094]圖9D所示的實(shí)施方式類似于圖9C所示實(shí)施方式。但是，在該實(shí)施方式中，電解液的液流速率、出口液流通道40e和旁路通道44的相對尺寸是這樣的:大部分電解液在充電模式下向上流動穿過多孔電極23并經(jīng)由旁路通道44流出進(jìn)入集合管3。在此實(shí)施方式中，小部分電解液橫跨無孔電極25流動經(jīng)由出口 65和通道40e流出。
[0095]如上文所述，圖10和圖1lA至圖1lB圖示了在放電模式下的電解液液流。放電模式下的液流配置類似于充電模式下的液流配置。然而，在放電模式期間，至少部分電解液流動穿過多孔電極23。在圖10所示實(shí)施方式中，電解液以100%放電流通式模式流動。也就是說，100%的電解液從放電入口集合管2流動穿過通道40d和19以及多孔電極23進(jìn)入反應(yīng)區(qū)32。在穿過反應(yīng)區(qū)32之后，電解液經(jīng)由出口 65和通道40e流出液流電池單體102到達(dá)公共出口排液集合管3。
[0096]在圖1lA所示的放電模式實(shí)施方式中，大部分電解液以放電流通式模式提供(SP:從集合管2穿過通道40d和19并穿過多孔電極23)，而小部分電解液以放電流經(jīng)式模式提供(即:在電極23和25之間進(jìn)入反應(yīng)區(qū)32)。在圖1lB所示放電模式實(shí)施方式中，大部分電解液以放電流經(jīng)式模式提供，而小部分電解液以放電流通式模式提供。在流通式模式中，電解液可經(jīng)由集合管I提供?？商鎿Q地，如果電解液經(jīng)由集合管2提供，那么在集合管2和通道40c之間配設(shè)了附加的開口。
[0097]在圖11A、圖1lB和圖1lC所示實(shí)施方式中，電極23、25是分段的。S卩，電極23、25包括多個分離的電極部件23a、23b、25a、25b，而不是制作為單獨(dú)的整體元件。在該實(shí)施方式中，一個或一個以上公共出口排液集合管3 (例如，在電極部件分段之間的對齊的出口開口或孔)配設(shè)在分離的電極部件23a、23b、25a、25b之間。公共出口排液集合管3可以配設(shè)于第一電極23、第二電極25或配設(shè)于電極23、25 二者。對于當(dāng)從上方觀察時具有圓形形狀的電極，公共出口排液集合管3可以位于中央，而電極部件包括圍繞公共出口排液集合管3布置的楔形分段。
[0098]圖12A所示液流配置為在充電模式下100%流經(jīng)式，而圖12B所示液流為在放電模式下100%流通式。但是，如圖9A和圖9B所示的在前實(shí)施方式中那樣，充電模式液流可配置為部分流經(jīng)式且部分流通式。而且，如圖1OA和圖1OB所示的在前實(shí)施方式中那樣，放電模式液流可配置為部分流經(jīng)式且部分流通式。
[0099]圖12C圖示了具有分段電極23、25的另一充電模式實(shí)施方式。在此實(shí)施方式中，類似于圖9C所示實(shí)施方式，電解液以相對高的液流速率直接提供至反應(yīng)區(qū)32。大部分電解液以充電模式流經(jīng)式模式流動，而部分電解液被迫向上穿過多孔電極23。在此實(shí)施方式中，大部分電解液經(jīng)由出口 65和通道40e直接流出液流電池102到達(dá)公共出口排液集合管3，而部分電解液穿過旁路通道44到達(dá)公共出口排液集合管3。
[0100]如上文所述，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了通過在充電模式和放電模式下提供不同的液流配置，可以實(shí)現(xiàn)更為平坦、更為平滑且更為密實(shí)的金屬電鍍。在圖8至圖9和圖10至圖11中所示的不同充電和放電模式液流配置可以按照在這些圖中標(biāo)有4、5和6的連接線所示進(jìn)行組合。在圖9C和圖9D中所示的充電模式液流配置可與圖10、圖1lA和圖1lB中所示的放電
液流配置組合。
[0101]例如，如箭頭4所示，圖8所示100%流經(jīng)式充電模式實(shí)施方式可與圖10的100%流通式放電模式實(shí)施方式、圖1lA的大部分流通式放電模式實(shí)施方式或圖1lB的小部分流通式放電模式實(shí)施方式組合。因此，在液流電池的一種實(shí)施方式中，充電模式入口集合管I配置為以充電模式流經(jīng)式模式將全部電解液提供至反應(yīng)區(qū)32，而放電模式入口集合管2配置為以放電模式流經(jīng)式模式不提供任何電解液進(jìn)入反應(yīng)區(qū)32?？商鎿Q地，放電模式入口集合管2配置為以放電模式流通式模式將全部或部分電解液提供至反應(yīng)區(qū)32并且以放電模式流經(jīng)式模式將部分電解液提供至反應(yīng)區(qū)32。
[0102]可替換地，如通過箭頭5所示，圖9A所示的大部分流經(jīng)式充電模式實(shí)施方式可以與圖10所示的100%流通式放電模式實(shí)施方式或圖1lA所示的大部分流通式放電模式實(shí)施方式組合。因此，在一種實(shí)施方式中，充電模式入口集合管I配置為以充電模式流經(jīng)式模式將大部分電解液提供至反應(yīng)區(qū)32，放電模式入口集合管2配置為以放電模式流通式模式將全部電解液提供至反應(yīng)區(qū)32?？商鎿Q地，充電模式入口集合管I配置為以充電模式流經(jīng)式模式將大部分電解液提供至反應(yīng)區(qū)32，放電模式入口集合管2配置為以充電模式流經(jīng)式模式將小部分電解液提供至反應(yīng)區(qū)32并且以放電模式流通式模式將其余的電解液提供至反應(yīng)區(qū)32。
[0103]可替換地，如箭頭6所示，圖9B所示的小部分流經(jīng)式實(shí)施方式可與圖10所示的100%流通式放電模式實(shí)施方式或圖1lB所示的小部分流通式放電實(shí)施方式組合。因此，在一種實(shí)施方式中，充電模式入口集合管I配置為以充電模式流經(jīng)式模式將小部分電解液提供至反應(yīng)區(qū)32，放電模式入口集合管2配置為以放電模式流通式模式將全部電解液提供至反應(yīng)區(qū)32。可替換地，充電模式入口集合管I配置為以充電模式流經(jīng)式模式將小部分電解液提供至反應(yīng)區(qū)32，放電模式入口集合管2配置為將小部分電解液提供至反應(yīng)區(qū)32。
[0104]圖9C和圖9D所示的充電模式實(shí)施方式可與圖10、圖1lA或圖1lB所示放電模式實(shí)施方式中的任一實(shí)施方式組合。因此，在充電模式下，電解液可首先以充電模式流經(jīng)式模式提供，電解液的后續(xù)部分以充電模式流通式模式向上流動穿過多孔電極提供，而在放電模式下，電解液可以以100%放電模式流通式模式(圖10)、大部分放電模式流通式模式(圖11A)或小部分放電模式流通式模式(圖11B)提供。
[0105]如上文所述，術(shù)語“大部分”表示按體積大于電解液的50%，例如按體積的51%-99%，例如，按體積的60%-90%。術(shù)語“小部分”表示按體積小于電解液的50%，例如按體積的I %_49%,例如，按體積的10%-40%。
[0106]在圖12A、圖12B和圖12C分別所示的分段電極充電和放電模式液流配置可以像圖8至圖9和圖10至圖11所示的實(shí)施方式類似地那樣進(jìn)行組合。也就是說，100%流經(jīng)式充電模式實(shí)施方式可與100%流通式放電模式實(shí)施方式、大部分流通式放電模式實(shí)施方式或小部分流通式放電模式實(shí)施方式組合?？商鎿Q地，大部分流經(jīng)式充電模式實(shí)施方式可與100%流通式放電模式實(shí)施方式或大部分流通式放電模式實(shí)施方式組合。可替換地，小部分流經(jīng)式充電模式實(shí)施方式可與100%流通式放電模式實(shí)施方式或小部分流通式放電模式實(shí)施方式組合。此外，圖8至圖11所示的實(shí)施方式可與圖12A、圖12B和圖12C所示的實(shí)施方式組合。也就是說，第一電極23或第二電極25中的任意一者可以是單獨(dú)的整體電極而另一者是分段的。
[0107]概言之，如上所述，液流電池配置為具有充電模式下的第一電解液液流配置和放電模式下的第二電解液液流配置。第一電解液液流配置至少部分地不同于第二電解液液流配置。在充電模式下，至少部分電解液從充電模式入口集合管I提供進(jìn)反應(yīng)區(qū)32并且從反應(yīng)區(qū)32提供進(jìn)公共電解液出口集合管3。在放電模式下，至少部分電解液從放電模式入口集合管2提供進(jìn)反應(yīng)區(qū)32并且從反應(yīng)區(qū)32提供進(jìn)公共電解液出口集合管3。因此，所述液流電池與以相同的第一液流配置和第二液流配置工作的電池相比可以以較高的電流和庫倫效率工作。
[0108]圖13A至圖13C圖示了本發(fā)明的可替換的實(shí)施方式，其在框架中包含兩個儲液器和兩個出口集合管替換。圖13A和圖13B分別示出了該可替換實(shí)施方式的框架31的充電側(cè)和放電側(cè)。圖13A和圖13B所示框架類似于圖3A和圖3B所示框架，除了公共出口集合管3替換為不同的并且分離的充電模式出口集合管3A和放電模式出口集合管3B。雖然集合管3A和3B被稱作“充電”和“放電”模式出口集合管，但使用這些名稱僅為了方便。如下文將詳細(xì)描述的那樣，兩個集合管均優(yōu)選地用于充電模式，并且僅“充電”模式出口集合管用于放電模式。
[0109]如圖13A所示，充電模式出口集合管3A和放電模式出口集合管3B可并排設(shè)置在框架31的與相應(yīng)的充電模式入口集合管I和放電模式入口集合管2相對的一側(cè)。圖13A和圖13B中，入口集合管1、2，通道40c、40d和入口 61、62分別與前述的圖3A和3B中的相同。
[0110]但是,在圖13A中，充電模式電解液出口 65配置為在充電模式和放電模式下均通過流出通道40e將離開反應(yīng)區(qū)的電解液提供至充電模式出口集合管3A(而不是進(jìn)入公共集合管)。如圖13B所示，放電模式電解液出口 66配置為在充電模式下通過放電模式出口通道44將離開反應(yīng)區(qū)的電解液提供至放電模式出口集合管3B。因此，在圖13B中，通道44稱為放電模式出口通道而不是旁路通道44，因?yàn)閳D13B中的通道44與不同于通道40e的出口集合管3B連接。
[0111]如圖13A所示，類似于圖3A中所示的出口 65和通道40e，充電模式電解液出口 65位于可滲透電極和不可滲透電極之間的反應(yīng)區(qū)，通道40e位于框架31的第一側(cè)或“充電”偵U。如圖13B所示，放電模式電解液出口 66位于反應(yīng)區(qū)的外部、鄰近所述第一電極的背對所述反應(yīng)區(qū)的表面，通道44位于框架31的相反的第二側(cè)或“放電側(cè)”。多個充電模式出口通道40e與由框架的堆疊結(jié)構(gòu)上的一組對齊的開口構(gòu)成的充電模式出口集合管3A連接，而一個或一個以上放電模式出口通道44與由框架的堆疊結(jié)構(gòu)上的不同的對齊的開口構(gòu)成的放電模式出口集合管3B連接。
[0112]優(yōu)選地，如圖13C所示，圖13A和3B所示的配置與分離的電解液儲液器一起使用。圖13C所示的液流電池系統(tǒng)1300包括前文所述的液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)103，所述堆疊結(jié)構(gòu)103分別流體連接至分離的低溶解氯儲液器119A和富溶解氯儲液器119B。為了包括使用除了氯之外的鹵素的液流電池，儲液器119A —般可稱為“低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器”，所述儲液器119A包括配置為選擇性積蓄電解液(例如，氯化鋅)的容積，儲液器119B可稱為“富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器”，所述儲液器119B包括配置為除了積蓄電解液之外還選擇性積蓄液化鹵素反應(yīng)物(例如，溶解的氯)的容積。換句話說，儲液器119A容納電解液(例如，氯化鋅)，該電解液包含的液化鹵素反應(yīng)物(例如，溶解的氯)比儲液器119B中的電解液包含的少。
[0113]系統(tǒng)1300還包括與充電模式入口集合管I流體連接的充電模式泵123和與放電模式入口集合管2連接的放電模式泵124。
[0114]充電模式入口集合管I和充電模式出口集合管3A與低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119A流體連通但是不與富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119B流體連通。例如，充電模式供給管線133延伸進(jìn)入儲液器119A并與集合管I連接，而集合管3A的出口輸進(jìn)儲液器 119A。
[0115]放電模式入口集合管2和放電模式出口集合管3B與富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119B流體連通但是不與低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119A流體連通。例如，放電模式供給管線132/127延伸進(jìn)入儲液器119B并且與集合管2連接，而集合管3B的出口輸進(jìn)儲液器119B。
[0116]液流電池系統(tǒng)1300參照圖13C如下述的那樣進(jìn)行工作。在充電模式下，電解液從充電模式電解液入口 61提供至各液流電池單體的反應(yīng)區(qū)32 (參見圖5)，并且從反應(yīng)區(qū)32提供至圖13A和圖13B分別所示的充電模式電解液出口 65和放電模式電解液出口 66 二者。優(yōu)選地，全部電解液(例如在充電模式操作期間在液流電池單體中使用的低溶解氯的氯化鋅電解液)利用充電模式泵123從低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119A穿過充電模式入口導(dǎo)管1、充電模式入口通道40c和充電模式電解液入口 61進(jìn)入反應(yīng)區(qū)32。然后電解液從反應(yīng)區(qū)穿過充電模式電解液出口 65、充電模式出口通道40e和充電模式出口導(dǎo)管3A進(jìn)入低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119A，并且穿過可滲透電極23、放電模式電解液出口 66、通道44和放電模式出口導(dǎo)管3B進(jìn)入富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119B。
[0117]在放電模式下，電解液從放電模式電解液入口 62進(jìn)入反應(yīng)區(qū)32，并且從反應(yīng)區(qū)32進(jìn)入充電模式電解液出口 65。優(yōu)選地，在放電模式操作期間，在液流電池單體中使用富溶解氯的氯化鋅電解液。在充電模式期間，所述電解液從儲液器119B提供并且所述電解液具有比從儲液器119A提供的低溶解氯的氯化鋅電解液更多的溶解氯(例如，2-10倍以上的溶解氯)。因此，低溶解氯儲液器119A可稱為“充電模式儲液器”，富溶解氯儲液器119B可稱為“放電模式儲液器”。
[0118]優(yōu)選地，在放電模式操作期間，在液流電池單體中使用的全部電解液(例如，富溶解氯電解液)使用放電模式泵124從富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119B穿過放電模式入口導(dǎo)管2、放電模式入口通道40d、放電模式電解液入口 62并且穿過多孔電極23進(jìn)入反應(yīng)區(qū)32。然后電解液從反應(yīng)區(qū)32穿過充電模式電解液出口 65、出口通道40e和充電模式出口導(dǎo)管3A提供至低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119A。
[0119]這樣，在充電模式下，全部電解液(B卩，低氯電解液)從儲液器119A經(jīng)由集合管I進(jìn)入堆疊結(jié)構(gòu)103，但是通過出口集合管3A和3B 二者離開堆疊結(jié)構(gòu)103進(jìn)入相應(yīng)的儲液器119A和119B。電解液在流出堆疊結(jié)構(gòu)時分離，使得低溶解氯的部分從反應(yīng)區(qū)經(jīng)由出口 65和集合管3A提供至儲液器119A，而富溶解氯的部分穿過可滲透電極23經(jīng)由出口 66和集合管3B提供至儲液器119B。與之相比，在放電模式下，全部電解液(例如，富溶解氯電解液)從儲液器119B經(jīng)由集合管2進(jìn)入堆疊結(jié)構(gòu)103并且僅通過出口集合管3A離開堆疊結(jié)構(gòu)103(作為低溶解氯電解液)進(jìn)入其相應(yīng)的儲液器119A。在放電模式下放電出口集合管3B可通過關(guān)閉集合管3B的閥67對堆疊結(jié)構(gòu)103關(guān)閉。在充電模式期間可開啟閥67。因此，如上文所述，在該實(shí)施方式中關(guān)于集合管、通道和出口的術(shù)語“充電”和“放電”僅為方便起見而提供，因?yàn)榉烹娨毫髫灤┏潆娔Ｊ胶头烹娔Ｊ健?br> [0120]概言之，參照圖13C，在充電模式，充電入口集合管I從儲液器或槽119A抽吸電解液。電解液經(jīng)由入口 61進(jìn)入堆疊結(jié)構(gòu)103中的電池單體并且使用如圖9C或圖9D所示的液流配置進(jìn)行引導(dǎo)。兩個電極23、25之間的液流電池單體反應(yīng)區(qū)32中流動的電解液的低氯部分經(jīng)由出口 65流出電池單體并且被導(dǎo)向充電出口集合管3A。流經(jīng)充電出口集合管3A的電解液的溶解C12含量低并且朝向槽119A移動。流動穿過如圖9C或9D所示的多孔電極23的富氯電解液經(jīng)由出口 66流出電池單體并且被導(dǎo)向放電出口集合管3B。流經(jīng)放電出口集合管3B的電解液的溶解C12含量高并且朝向儲液器或槽119B移動。
[0121]在放電模式下，放電入口集合管2從槽119B抽吸富溶解C12電解液。電解液經(jīng)由入口 62進(jìn)入堆疊結(jié)構(gòu)103中的電池單體并且使用如圖10所示的液流配置進(jìn)行引導(dǎo)。電解液經(jīng)由出口 65流出并且被導(dǎo)向充電出口集合管3A。經(jīng)由充電出口集合管3A流出堆疊結(jié)構(gòu)的電解液中溶解C12的含量低并且朝向槽119A移動。
[0122]因此，參照圖9C、圖9D和圖13A，充電模式電解液入口 61配置為在充電模式下將全部電解液提供至反應(yīng)區(qū)32，放電模式電解液入口 62配置為在充電模式下不提供電解液進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。如圖10和圖13A所示，放電模式電解液入口 62配置為在放電模式下將全部電解液提供至反應(yīng)區(qū)32，充電模式電解液入口 61配置為在放電模式下不提供電解液進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。
[0123]如圖9C、圖9D和圖13A所示，充電模式電解液出口 65配置為在充電模式下將離開反應(yīng)區(qū)32的電解液的低液化鹵素反應(yīng)物部分提供至低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119A。如圖9C、圖9D和圖13A所示，放電模式電解液出口 66配置為在充電模式下將來自反應(yīng)區(qū)的電解液的富液化鹵素反應(yīng)物部分提供至富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119B (例如，因?yàn)殚y67是開啟的)。
[0124]放電模式電解液出口 66配置為在放電模式下不提供反應(yīng)區(qū)32的電解液(例如，因?yàn)殚y67是關(guān)閉的)，充電模式電解液出口 65配置為在放電模式下將反應(yīng)區(qū)32的全部電解液(包括低液化鹵素反應(yīng)物電解液)提供至低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器119A。
[0125]圖14至圖17圖示了電極組件50的可替換實(shí)施方式,所述電極組件50包括具有可變間隙高度的液流通道19。具體而言，在該實(shí)施方式中，通道間隙的高度在更靠近通向液流通道入口的部分比更靠近液流通道出口的部分高。在一種配置中，如圖14A和圖14B所示，可以通過提供傾斜的液流通道插入件201進(jìn)入每個液流通道19來改變液流通道間隙高度。
[0126]圖14A是根據(jù)可替換實(shí)施方式的電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)沿圖3A中的A’ -A’線的截面圖。圖14B是電化學(xué)電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)沿圖14A的D’-D’線的截面圖。圖14A的堆疊結(jié)構(gòu)與圖5所示堆疊結(jié)構(gòu)不同，其不同在于圖14中的堆疊結(jié)構(gòu)與圖5中的堆疊結(jié)構(gòu)相比是上下顛倒的設(shè)置。因此，在圖14A的每一個電極組件50中，當(dāng)堆疊結(jié)構(gòu)豎直布置時多孔電極23位于無孔電極25上方。相反地，在圖5的每一個電極組件50中，當(dāng)堆疊結(jié)構(gòu)豎直布置時，多孔電極23位于無孔電極25下方。
[0127]圖14A和圖14B所示的配置可以與任何金屬鹵化物電解液(例如氯化鋅電解液或溴化鋅電解液)一起使用。在非限制性的示例性配置中，可替換實(shí)施方式的堆疊結(jié)構(gòu)可與大氣壓強(qiáng)下(例如，I個大氣壓)水性的溴化鋅電解液一起使用，而不使用外部增壓容器。
[0128]如圖14A和圖14B所示，插入件201靠在各電極組件50的液流通道19中的無孔電極25上。如圖15A所示，插入件201可包括一端厚于相對一端的塑料的或另外的電絕緣插入件(例如，陶瓷、玻璃等)。
[0129]插入件的鄰近放電模式電解液入口 62的第一部分201A比該插入件的鄰近公共電解液出口 65的第二部分201B薄。優(yōu)選地，如圖14B所示，部分201A和部分201B具有與位于相應(yīng)的入口 62和出口 65下方的框架30的鄰近部分大約相同的厚度。各液流通道19在插入件的第一部分201A之上的間隙大于在插入件201的第二部分201B之上的間隙。在入口 62端的液流通道19的間隙高度19A可以比在出口 65/44端的間隙高度19B小2_5倍，例如3-4倍(例如3倍)。例如，間隙高度19A可以是0.2mm至IOmm,例如0.7mm至3mm (例如1.5mm),而間隙高度19B可以是0.1謹(jǐn)至2謹(jǐn),例如0.25謹(jǐn)至0.75謹(jǐn)(例如0.5謹(jǐn))。
[0130]插入件201具有傾斜的頂表面203?？梢允褂酶鞣N傾斜配置。例如，頂表面203可具有如圖16A所示的恒定的坡度、如圖16B所示的多個離散的坡度(例如，在入口處坡度較陡和在出口處坡度較小)或如圖16C所示的平滑可變的傾斜坡度?？梢酝ㄟ^選擇期望坡度的插入件201的頂表面203來調(diào)節(jié)液流通道間隙的精確形狀從而實(shí)現(xiàn)期望的液流特性。
[0131]插入件201可以插入導(dǎo)電間隔物18之間的液流通道19，使得液流通道19的開口部分(即:所述間隙)位于插入件201的頂表面203和多孔電極23的底面之間，如圖15B所示。因而，如圖14A所示，具有兩個間隔物18的組件50可以包含3個插入件201。一個中間的插入件201位于兩個間隔物18之間并且兩個端部插入件201位于電池單體框架30和間隔物18之一之間。
[0132]插入件201可以通過重力(即:平躺在電極25上)、摩擦力(即:楔入間隔物18之間、間隔物18和框架30之間、或無孔電極25和多孔電極23之間)、粘合(例如，位于電極25和插入件201的底面之間的粘合劑層)、和/或機(jī)械緊固件(例如，螺栓、鉗具等)保持在組件的適當(dāng)位置。圖14A中通過虛線所示的特寫區(qū)域“E”示出了如何通過向上彎曲相對柔性的插入件邊緣的摩擦力(例如，在間隔物18和框架30之間的摩擦力)使插入件201楔入適當(dāng)位置。可替換地，插入件可以具有由水平連接部分連接的兩個豎直翼部的“U”形橫截面形狀。所述翼部提供與相鄰裝置元件的摩擦接觸。
[0133]盡管在圖14和圖15中示出了條狀插入件201，然而可以使用其他實(shí)施方式形成可變高度間隙的液流通道19。例如，可以使用單板狀插入件代替如圖14A所示的在每個組件50中使用的多個條狀插入件。所述板狀插入件可包括具有容納間隔物18的貫通裂口的絕緣板。在該配置中，間隔物18伸出盤狀插入件的貫通裂口。
[0134]在另一配置中，省略了分離的插入件201，并且無孔電極25可具有不均勻的高度或厚度(即:靠近出口處較厚并且靠近入口處較薄)以使液流通道具有不均勻的間隙高度。因此，除了使用圖16A-圖16C所示的具有傾斜的頂表面203的插入件之外，無孔電極25可具有圖16A至圖16C所示的形狀。
[0135]由于壓力和動量效應(yīng)，當(dāng)使用均勻高度的液流通道19時，反應(yīng)物(例如，電解液等)液流具有流向多孔電極23的出口 65端的趨勢。如圖14B中的箭頭所示，給液流通道19添加高度傾斜的形狀可通過增加沿液流通道19長度(從放電模式入口 62端向公共出口 65和旁路通道44端)方向的流體阻力來幫助改善穿過多孔電極23的反應(yīng)物液流的均勻度從而抵抗靠近出口有較高反應(yīng)物液流的趨勢。穿過多孔電極23的均勻反應(yīng)物液流對于在最小化所需總液流同時維持充足的反應(yīng)物供應(yīng)非常重要，并且也可改善電鍍質(zhì)量和電極耐久性。
[0136]圖17是對于單液流電池的電池單體作為沿液流通道的距離X (以mm為單位)的函數(shù)計(jì)算出的電解液垂直液流速率(Vy)(以mm/s為單位)的圖。線210示出了 4mm高的具有均勻高度(即，沒有插入件)的液流通道19的液流速率。100%的反應(yīng)物液流從放電模式入口 62提供進(jìn)通道19，100%的反應(yīng)物液流從公共出口 65流出電池單體(即，沒有反應(yīng)物液流穿過旁路44)。線212示出了 1.5mm高的具有均勻高度(即，沒有插入件)的液流通道19的液流速率。100%的反應(yīng)物液流從放電模式入口 62提供進(jìn)通道19，100%的反應(yīng)物液流從從公共出口 65流出電池單體(即，沒有反應(yīng)物液流穿過旁路44)。線214示出了具有不均勻間隙高度并且包括插入件201的液流通道19的液流速率。插入件201具有如圖16B所示的具有兩離散坡度的楔形形狀。液流通道19在中心處高度為1.5mm并且在出口端高度為0.5mm。100%的反應(yīng)物液流從放電模式入口 62提供進(jìn)通道19并且100%反應(yīng)物液流從公共出口 65流出電池單體(S卩，沒有反應(yīng)物液流穿過旁路44)。可以看出，具有傾斜的(不均勻的)間隙高度的液流通道的速率曲線214比具有均勻間隙高度的液流通道的曲線210、212更加均勻。
[0137]在另外的實(shí)施方式中，通過使電解液在放電模式穿過充電模式入口 61和放電模式入口 62 二者流進(jìn)電池單體并且穿過公共出口 65和旁路44流出電池單體，可以獲得橫穿液流通道19的均勻液流分布。例如，穿過充電模式入口 61與穿過放電模式入口 62的反應(yīng)物體積液流比率可以是10%-30%:90%-70%，例如20%:80%。穿過公共出口 65與穿過旁路44的反應(yīng)物體積液流比率可以是85%-95%:15%-5%，例如90%/10%。優(yōu)選地，穿過充電模式入口61和放電模式入口 62的反應(yīng)物體積液流比率以及穿過公共出口 65和旁路44的反應(yīng)物體積液流比率在充電操作模式和放電操作模式是相同的。這種配置的優(yōu)點(diǎn)是不需要閥從充電模式切換至放電模式。
[0138]優(yōu)選地，穿過充電模式入口 61的體積液流小于穿過公共出口 65的體積液流。這種配置的優(yōu)點(diǎn)是不需要用于均勻液流分布的閥。
[0139]盡管上文提到了特定的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不限于此。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)想到可以對所披露的實(shí)施方式作出各種修改并且這樣的修改認(rèn)定為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本文引用的所有出版物、專利申請和專利在此通過引用將其全部并入本文。
【權(quán)利要求】
1.一種液流電池，包括: 第一電極； 第二電極；以及 位于所述第一電極和所述第二電極之間的反應(yīng)區(qū)； 其中: 所述液流電池配置為具有充電模式下的第一電解液液流配置和放電模式下的第二電解液液流配置；并且 所述第一電解液液流配置至少部分地不同于所述第二電解液液流配置。
2.如權(quán)利要求1所述的液流電池，還包括充電模式電解液入口、與所述充電模式電解液入口不同的放電模式電解液入口、以及充電和放電模式公共電解液出口。
3.如權(quán)利要求2所述的液流電池，其中: 所述第一電極、所述第二電極、以及位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)組成液流電池單體； 所述液流電池單體位于液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中； 多個導(dǎo)電間隔物電連接所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中的一個液流電池單體的第一電極和所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中的相鄰液流電池單體的第二電極； 多個液流通道位于所述導(dǎo)`電間隔物之間； 所述多個液流通道中的每一者具有不均勻的間隙高度； 所述第一電極包括在放電模式下充當(dāng)陽電極的可滲透電極； 所述第二電極包括在放電模式下充當(dāng)陰電極的不可滲透的可氧化金屬電極；并且 所述電解液包括水性溴化鋅電解液。
4.如權(quán)利要求2所述的液流電池，其中: 所述第一電極包括在放電模式下充當(dāng)陽電極的可滲透電極； 所述第二電極包括在放電模式下充當(dāng)陰電極的不可滲透的可氧化金屬電極。
5.如權(quán)利要求4所述的液流電池，其中: 所述充電模式電解液入口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)；所述放電模式電解液入口位于所述反應(yīng)區(qū)的外部、鄰近所述第一電極的背對所述反應(yīng)區(qū)的表面； 所述公共電解液出口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)。
6.如權(quán)利要求5所述的液流電池，其中: 所述充電模式電解液入口與第一框架的第一表面中的多個充電模式入口通道連接，所述第一框架支承電池單體的至少一個電極； 所述放電模式電解液入口與所述第一框架的第二表面中的多個放電模式入口通道連接，所述第一框架的第二表面在所述第一框架的第一表面的對面； 所述公共電解液出口與所述第一框架的第一表面中的多個出口通道連接。
7.如權(quán)利要求6所述的液流電池，其中: 所述液流電池包括串聯(lián)電連接的水平液流電池單體的豎直堆疊結(jié)構(gòu)，和支承所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)的框架的堆疊結(jié)構(gòu)； 每一個液流電池單體包括一個第一電極和一個第二電極；所述多個充電模式入口通道與充電模式入口集合管連接，所述充電模式入口集合管通過所述框架的堆疊結(jié)構(gòu)中的第一對齊開口形成； 所述多個放電模式入口通道與放電模式入口集合管連接，所述放電模式入口集合管通過所述框架的堆疊結(jié)構(gòu)中的第二對齊開口形成； 所述多個出口通道與公共出口集合管連接，所述公共出口集合管通過所述框架的堆疊結(jié)構(gòu)中的第三對齊開口形成； 所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)與包含第一容積和第二容積的儲液器分離地設(shè)置； 所述第一電極包括多孔鍍釕鈦；并且 所述第二電極包括鈦，所述鈦在充電模式期間用鋅進(jìn)行涂覆。
8.如權(quán)利要求7所述的液流電池，還包括: 充電模式泵，與所述充電模式入口集合管連接； 放電模式泵，與所述放電模式入口集合管連接； 至少一個旁路通道，位于所述第一框架的第二表面并且與所述公共出口集合管連接；多個導(dǎo)電間隔物，電連接所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中的一個液流電池單體的第一電極和所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中的相鄰液流電池單體的第二電極；以及 多個液流通道，位于所述導(dǎo)電間隔物之間并且位于各電池單體內(nèi)所述第一電極的上方，使得所述放電模式電解液入口與所述多個液流通道連接。
9.如權(quán)利要求5所述的液流電池，其中: 所述充電模式電解液入口配置為`在充電模式下將全部電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)，所述放電模式電解液入口配置為在充電模式下不將電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)；以及 所述放電模式電解液入口配置為在放電模式下將全部或部分的電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)，所述充電模式電解液入口配置為在放電模式下不將電解液提高至所述反應(yīng)區(qū)或?qū)⒉糠蛛娊庖禾峁┲了龇磻?yīng)區(qū)。
10.如權(quán)利要求5所述的液流電池，其中: 所述充電模式電解液入口配置為在充電模式下將大部分電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)，所述放電模式電解液入口配置為在充電模式下將小部分電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)；以及所述放電模式電解液入口配置為在放電模式下將全部或大部分電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)，所述充電模式電解液入口配置為在放電模式下不將電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)或?qū)⑿〔糠蛛娊庖禾峁┲了龇磻?yīng)區(qū)。
11.如權(quán)利要求5所述的液流電池，其中: 所述充電模式電解液入口配置為在充電模式下將小部分電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)，所述放電模式電解液入口配置為在充電模式下將大部分電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)；以及所述放電模式電解液入口配置為在放電模式下將全部或小部分電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)，所述充電模式電解液入口配置為在放電模式下將大部分電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)。
12.如權(quán)利要求4所述的液流電池，其中: 所述充電模式電解液入口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)； 所述放電模式電解液入口位于所述反應(yīng)區(qū)外部、鄰近所述第一電極的背對所述反應(yīng)區(qū)的表面； 所述第一電極和所述第二電極中的至少一者包括分段電極；并且所述公共電解液出口包括位于第一分段電極和第二分段電極中的至少一者的開口。
13.如權(quán)利要求12所述的液流電池，其中: 所述第一電極和所述第二電極均包括分段電極； 所述公共電解液出口包括位于所述第一分段電極的第一開口和位于所述第二分段電極的第二開口； 所述第一電極包括可滲透的分段并且所述第一電極在放電模式下充當(dāng)陽電極；以及所述第二電極包括不可滲透的可氧化金屬分段并且所述第二電極在放電模式下充當(dāng)陰電極。
14.如權(quán)利要求1所述的液流電池，還包括充電模式電解液入口、與所述充電模式電解液入口不同的放電模式電解液入口、充電模式電解液出口、和與所述充電模式電解液出口不同的放電模式電解液出口。
15.如權(quán)利要求14所述的液流電池，其中: 所述充電模式電解液入口配置為在充電模式下將電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)； 所述放電模式電解液入口配置為在放電模式下將電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)； 所述充電模式電解液出口配置為在充電模式和放電模式下使電解液離開所述反應(yīng)區(qū)； 所述放電模式電解液出口配置為在充電模式下使電解液離開所述反應(yīng)區(qū)。
16.如權(quán)利要求15所述的液流電池，其中: 所述第一電極包括在放電模式下充當(dāng)陽電極的可滲透電極； 所述第二電極包括在放電模式下充當(dāng)陰電極的不可滲透的可氧化金屬電極； 所述充電模式電解液入口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)； 所述放電模式電解液入口位于所述反應(yīng)區(qū)外部、鄰近所述第一電極的背對所述反應(yīng)區(qū)的表面； 所述充電模式電解液出口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)；以及所述放電模式電解液出口位于所述反應(yīng)區(qū)外部、鄰近所述第一電極的背對所述反應(yīng)區(qū)的表面。
17.如權(quán)利要求16所述的液流電池，其中: 所述充電模式電解液入口與位于第一框架的第一表面的多個充電模式入口通道連接，所述第一框架支承電池單體的至少一個電極； 所述放電模式電解液入口與位于所述第一框架的第二表面的多個放電模式入口通道連接，所述第一框架的第二表面在所述第一框架的所述第一表面的對側(cè)； 所述充電模式電解液出口與位于所述第一框架的第一表面的多個充電模式出口通道連接； 所述放電模式電解液出口與位于所述第一框架的第二表面的至少一個放電模式出口通道連接。
18.如權(quán)利要求17所述的液流電池，其中: 所述液流電池包括串聯(lián)電連接的水平液流電池單體的豎直堆疊結(jié)構(gòu)，和支承所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)的框架的堆疊結(jié)構(gòu)； 每一個液流電池單體包括一個第一電極和一個第二電極；所述多個充電模式入口通道與充電模式入口集合管連接，所述充電模式入口集合管通過所述框架的堆疊結(jié)構(gòu)中的第一對齊開口形成； 所述多個放電模式入口通道與放電模式入口集合管連接，所述放電模式入口集合管通過所述框架的堆疊結(jié)構(gòu)中的第二對齊開口形成； 所述多個充電模式出口通道與充電模式出口集合管連接，所述充電模式出口集合管通過所述框架的堆疊結(jié)構(gòu)中的第三對齊開口形成； 所述至少一個放電模式出口通道與放電模式出口集合管連接，所述放電模式出口集合管通過所述框架的堆疊結(jié)構(gòu)中的第四對齊開口形成。
19.如權(quán)利要求18所述的液流電池,還包括: 低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器，其包括配置為選擇性積蓄電解液的第一容積； 分離的富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器，其包括配置為選擇性積蓄液化鹵素反應(yīng)物的第二容積； 充電模式泵，與所述充電模式入口集合管連接；以及 放電模式泵，與所述放電模式入口集合管連接。
20.如權(quán)利要求19所述的液流電池，其中: 所述充電模式入口集合 管和所述充電模式出口集合管與所述低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器流體連通但不與所述富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器流體連通； 所述放電模式入口集合管和所述放電模式出口集合管與所述富液化鹵素反應(yīng)物儲液器流體連通但不與所述低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器流體連通； 所述充電模式電解液入口配置為在充電模式下將全部電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)，所述放電模式電解液入口配置為在所述充電模式下不將電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)； 所述放電模式電解液入口配置為在放電模式下將全部電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)，所述充電模式電解液入口配置為在放電模式下不將電解液提供至所述反應(yīng)區(qū)； 所述充電模式電解液出口配置為在充電模式下使電解液的低液化鹵素反應(yīng)物的第一部分從所述反應(yīng)區(qū)提供至所述低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器，所述放電模式電解液出口配置為在充電模式下將電解液的富液化鹵素反應(yīng)物的第二部分從所述反應(yīng)區(qū)提供至所述富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器； 所述放電模式電解液出口配置為在放電模式下不從所述反應(yīng)區(qū)提供電解液，所述充電模式電解液出口配置為在放電模式下將包括低液化鹵素反應(yīng)物電解液的全部電解液從所述反應(yīng)區(qū)提供至所述低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器； 所述第一電極包括多孔鍍釕鈦； 所述第二電極包括鈦，所述鈦在充電模式期間用鋅進(jìn)行涂覆； 所述電解液包括水性氯化鋅電解液；并且 所述液化鹵素反應(yīng)物包括液化氯反應(yīng)物。
21.一種操作液流電池的方法，包括使電解液在充電模式下以第一液流配置流動以及在放電模式下以第二液流配置流動，其中所述第一液流配置至少部分地不同于所述第二液流配置。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中: 所述液流電池包括液流電池單體，所述液流電池單體包括第一電極、第二電極、以及位于所述第一電極和所述第二電極之間的反應(yīng)區(qū)； 所述液流電池單體位于液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中； 多個導(dǎo)電間隔物電連接所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中的一個液流電池單體的第一電極和所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中的相鄰液流電池單體的第二電極； 多個液流通道位于所述導(dǎo)電間隔物之間。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中， 所述第一電極包括在放電模式下充當(dāng)陽電極的可滲透電極； 所述第二電極包括在放電模式下充當(dāng)陰電極的不可滲透的可氧化金屬電極； 所述多個液流通道中的每一者具有不均勻的間隙高度。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中， 充電模式電解液入口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)； 放電模式電解液入口位于所述反應(yīng)區(qū)的外部、鄰近所述第一電極的背對所述反應(yīng)區(qū)的表面； 公共電解液出口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中， 在所述液流電池單體中所述第一液流配置不同于所述第二液流配置；` 在充電模式下，全部電解液在該充電模式下從所述充電模式電解液入口提供至所述反應(yīng)區(qū)并且沒有電解液從所述放電模式電解液入口穿過所述第一電極提供至所述反應(yīng)區(qū)；并且 在放電模式下，全部或部分電解液從所述放電模式電解液入口穿過所述第一電極提供至所述反應(yīng)區(qū)并且沒有電解液或部分電解液從所述充電模式電解液入口提供至所述反應(yīng)區(qū)。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中， 在所述液流電池單體中所述第一液流配置部分地不同于所述第二液流配置； 在充電模式下，大部分電解液從所述充電模式電解液入口提供至所述反應(yīng)區(qū)，小部分電解液從所述放電模式電解液入口穿過所述第一電極提供至所述反應(yīng)區(qū)；并且 在放電模式下，全部或大部分電解液從所述放電模式電解液入口穿過所述第一電極進(jìn)入所述反應(yīng)區(qū)并且沒有電解液或小部分電解液從所述充電模式電解液入口提供至所述反應(yīng)區(qū)。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中， 在所述液流電池單體中所述第一液流配置部分地不同于所述第二液流配置； 在充電模式下，小部分電解液從所述充電模式電解液入口提供至所述反應(yīng)區(qū)并且大部分電解液從所述放電模式電解液入口穿過所述第一電極提供至所述反應(yīng)區(qū)；并且 在放電模式下，全部或小部分電解液從所述放電模式電解液入口穿過所述第一電極提供至所述反應(yīng)區(qū)并且大部分電解液從所述充電模式電解液入口提供至所述反應(yīng)區(qū)。
28.如權(quán)利要求23所述的方法，其中， 所述充電模式電解液入口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)； 所述放電模式電解液入口位于所述反應(yīng)區(qū)外部、鄰近所述第一電極的背對所述反應(yīng)區(qū)的表面；所述第一電極和所述第二電極中的至少一者包括分段電極；并且 所述公共電解液出口包括位于第一分段電極和第二分段電極中的至少一者的開口。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中， 所述第一電極和所述第二電極均包括分段電極； 所述公共電解液出口包括所述第一分段電極的第一開口和所述第二分段電極的第二開口 ； 所述第一電極包括可滲透的分段并且所述第一電極在放電模式下充當(dāng)陽電極；以及所述第二電極包括不可滲透的可氧化金屬分段并且所述第二電極在放電模式下充當(dāng)陰電極。
30.如權(quán)利要求21所述的方法，其中， 所述電解液包括金屬鹵化物電解液； 所述液流電池單體位于液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中；以及 所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)與包含第一容積和第二容積的儲液器分離地設(shè)置。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，還包括在充電模式和放電模式下使用至少一個泵在所述儲液器和所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)之間泵送金屬鹵化物電解液。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述第一電極包括多孔鍍釕鈦，所述第二電極包括涂覆鋅的鈦，并且所述液化電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)包括串聯(lián)的水平液流電池單體的豎直堆疊結(jié)構(gòu)。
33.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，與以第一液流配置和第二液流配置相同的方式進(jìn)行工作的同種電池相比，所述液`流電池以更高的電流和庫倫效率進(jìn)行工作。
34.如權(quán)利要求21所述的方法，其中， 所述液流電池包括液流電池單體，所述液流電池單體包括第一電極、第二電極和位于所述第一電極和所述第二電極之間的反應(yīng)區(qū)； 在充電模式下，電解液從充電模式電解液入口提供至所述反應(yīng)區(qū)，并且從所述反應(yīng)區(qū)進(jìn)入充電模式電解液出口和放電模式電解液出口 ； 在放電模式下，電解液從放電模式電解液入口提供進(jìn)所述反應(yīng)區(qū)，并且從所述反應(yīng)區(qū)進(jìn)入所述充電模式電解液出口 ；以及 所述放電模式電解液入口不同于所述充電模式電解液入口。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中， 所述第一電極包括在放電模式下充當(dāng)陽電極的可滲透電極； 所述第二電極包括在放電模式下充當(dāng)陰電極的不可滲透的可氧化金屬電極； 所述充電模式電解液入口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)； 所述放電模式電解液入口位于所述反應(yīng)區(qū)外部、鄰近所述第一電極的背對所述反應(yīng)區(qū)的表面； 所述充電模式電解液出口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)；以及所述放電模式電解液出口位于所述反應(yīng)區(qū)外部、鄰近所述第一電極的背對所述反應(yīng)區(qū)的表面。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其中， 在所述液流電池單體中所述第一液流配置不同于所述第二液流配置；在充電模式下，使用充電模式泵，使全部電解液從低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器穿過所述充電模式電解液入口進(jìn)入所述反應(yīng)區(qū)，從所述反應(yīng)區(qū)穿過所述充電模式電解液出口進(jìn)入所述低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器并且穿過所述放電模式電解液出口進(jìn)入富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器； 在放電模式下，使用放電模式泵，使全部電解液從所述富液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器穿過所述放電模式電解液入口并且穿過所述第一電極進(jìn)入所述反應(yīng)區(qū)，并且從所述反應(yīng)區(qū)穿過所述充電模式電解液出口進(jìn)入所述低液化鹵素反應(yīng)物電解液儲液器。
37.一種液流電池，包括: 液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)，其中每一個液流電池單體包括第一電極、第二電極、和位于所述第一電極和所述第二電極之間的反應(yīng)區(qū)； 多個導(dǎo)電間隔物，其電連接所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中的一個液流電池單體的第一電極和所述液流電池單體的堆疊結(jié)構(gòu)中的相鄰液流電池單體的第二電極；以及 多個液流通道，位于所述導(dǎo)電間隔物之間，其中所述多個液流通道中的每一者具有不均勻的間隙高度。
38.如權(quán)利要求37所述的液流電池，還包括充電模式電解液入口、與所述充電模式電解液入口不同的放電模式電解液入口、以及充電和放電模式公共電解液出口。
39.如權(quán)利要求38所述的液流電池，其中， 所述電解液包括水性溴化鋅電解液； 所述第一電極包括在放電模式下充當(dāng)陽電極的可滲透電極； 所述第二電極包括在放電模式下充當(dāng)陰電極的不可滲透的可氧化金屬電極； 所述充電模式電解液入口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)； 所述放電模式電解液入口位于所述反應(yīng)區(qū)外部、鄰近所述第一電極的背對所述反應(yīng)區(qū)的表面； 所述公共電解液出口位于所述第一電極和所述第二電極之間的所述反應(yīng)區(qū)； 傾斜的液流通道插入件位于所述多個液流通道中的每一者中； 所述插入件的鄰近所述放電模式電解液入口的第一部分比所述插入件的鄰近所述公共電解液出口的第二部分?。灰约? 每個液流通道在所述插入件的第一部分之上的間隙高于在所述插入件的第二部分之上的間隙。
【文檔編號】H01M8/02GK103797631SQ201280041411
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年6月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月27日
【發(fā)明者】杰拉爾多·拉奧, 里克·溫特, 喬納森·霍爾, 帕拉里·法爾基亞, 保羅·克賴納, 羅素·科爾 申請人:普里默斯電力公司