[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN104364959A - 多膜多电解质氧化还原流电池设计 - Google Patents

多膜多电解质氧化还原流电池设计 Download PDF

Info

Publication number
CN104364959A
CN104364959A CN201380031402.1A CN201380031402A CN104364959A CN 104364959 A CN104364959 A CN 104364959A CN 201380031402 A CN201380031402 A CN 201380031402A CN 104364959 A CN104364959 A CN 104364959A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
redox couple
film
membrane
exchange membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380031402.1A
Other languages
English (en)
Inventor
严玉山
古双
龚科
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Delaware
Original Assignee
University of Delaware
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Delaware filed Critical University of Delaware
Publication of CN104364959A publication Critical patent/CN104364959A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4242—Regeneration of electrolyte or reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/70—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte
    • H01M50/77—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte with external circulating path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开一种针对氧化还原流电池发明的新颖设计。与单膜双电解质氧化还原流电池作为基本结构不同，本发明的设计涉及多膜(至少一个阳离子交换膜和至少一个阴离子交换膜)多电解质(与所述负电极接触的一个电解质，与所述正电极接触的一个电解质，以及设置在所述两个膜之间的至少一个电解质)作为基本特征，诸如双膜三电解质(DMTE)配置或三膜四电解质(TMQE)配置。所述阳离子交换膜用于将所述负电解质或正电解质与所述中间电解质分离，并且所述阴离子交换膜用于将所述中间电解质与所述正电解质或负电解质分离。这种特殊设计以物理方式将所述负电解质与所述正电解质隔离，但以离子方式连接所述负电解质和所述正电解质。所述物理隔离为氧化还原对的选择提供很大自由，所述氧化还原对包括所述负电解质与所述正电解质中的阴离子-阳离子混合氧化还原对，从而使得氧化还原流电池的高电压成为可能。离子传导不仅构成设计功能，而且还大大降低所述负电解质与所述正电解质之间的整体离子交叉，进而引起高库仑效率。

Description

多膜多电解质氧化还原流电池设计
政府资助
本发明是在根据由美国能源部的ARPA-E项目授予的批准号DE-AR000009和DE-AR0000346的政府资助下完成的。政府对本发明具有一定的权利。
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年6月15日提交的美国临时申请号61/660,182的优先权，并且所述美国临时申请出于所有目的以引用方式整体并入本文。
技术领域
本发明涉及氧化还原流电池(RFB)，所述电池的基本特征是具有多个膜(例如至少两个膜，诸如一个阳离子交换膜和一个阴离子交换膜)和多个电解质(例如至少三个电解质，诸如与负电极接触的一个电解质，与正电极接触的一个电解质和设置在所述至少两个膜之间的至少一个电解质)。
背景技术
作为电化学电池，氧化还原流电池(RFB)是一种存储电能的可充电电池，通常为容纳在外部电解槽中的两个可溶解氧化还原对。离子选择膜(阳离子交换膜CEM或阴离子交换膜AEM)被用来以物理方式分离但是以离子方式连接将两个氧化还原对溶解的两个电解质。存储的外部电解质的规模可根据应用要求定大小。当需要时，可从存储槽泵送液体电解质至流通电极，化学能在所述流通电极处转换为电能(放电)或反之亦然(充电)。与其它常见电池系统不同，RFB在流动电解质中存储电能。因此，能量和额定功率在根本上不挂钩：能量由电解质的浓度和体积确定，而额定功率由为堆叠形式的电池的大小和数量确定。这个特点及其较长的循环寿命、较低的资本成本、可扩展性以及不受抽水蓄能和压缩空气技术所面临的地理/地质限制影响的特点使得RFB成为电能存储领域中最具固有吸引力的技术之一，尤其是在固有的间歇性需要得到处理的可再生能源(例如，风能或太阳能)发电领域中。
因为第一个RFB概念是在大约40年前(1974年)提出的，所以已经取得重大进步，并且一些RFB系统(例如，全钒RFB(AV-RFB))已经被商品化。然而，RFB尚未达成广泛的市场渗透，因为许多具有挑战性的问题仍未解决。例如，当与其它电池系统进行比较时，RFB的大体低能量和低功率密度已被确认为主要缺点，这就意味着当需要特定能量/额定功率时需要更多的电解质/电极，以至于不利地影响其成本效益。已经尝试通过选择替代氧化还原对或使用不同电解质来增加活性物种的溶解度，这些尝试可在理论上增加能量密度，但是这些努力不会提高功率密度。另一方面，已经努力通过使用更好的电极设计或利用更多的活性催化剂来对改善电极性能，这可以增加功率密度但不会增加能量密度。理想且简单的解决方案将是增加RFB的电池电压，这可以同时增加能量密度和功率密度。
图1中示出现有技术RFB系统100。负电解质30通过泵15从负电解质源20流过负电极(阳极)31。正电解质40通过泵16从正电解质源25流过正电极(阴极)41。正电极40和负电极30由单个离子选择膜28分离。RFB 100可连接至栅极输入/输出处理器10。
电池电压简单地由两个氧化还原对确定，并且阳离子基氧化还原对(例如，具有+1.953V标准电极电位的Co3+/Co2+氧化还原对和具有+1.743V的Ce4+/Ce3+氧化还原对，这里和下文中引用的所有电位值基于标准热力学条件计算出)通常具有更正的电极电位(对于RFB的正电极是理想的)，并且阴离子基氧化还原对(例如，具有-2.337V的Al(OH)4 -/Al和具有-1.216V的Zn(OH)4 2-/Zn)具有更负的电极电位(对于负电极是理想的)。当前RFB系统中使用为阳离子交换膜(CEM)或阴离子交换膜(AEM)的单个离子选择膜理论上要求正极侧和负极侧两者中具有相同离子类型的氧化还原对：全部为阳离子基氧化还原对(当使用AEM时)或全部为阴离子基氧化还原对(当使用CEM时)，从根本上限制其电池电压。例如，最早的RFB系统，也就是铁-铬RFB系统(Fe/Cr-RFB，具有+1.18V标准电池电压的[(Fe3+/Fe2+)/(Cr3+/Cr2+)])和当前最受欢迎的RFB，也就是AV-RFB系统(具有+1.26V的[(VO2 +/VO2+)/(V3+/V2+)])，均属于全阳离子基RFB系统。多硫化物-溴RFB系统(S/Br-RFB，具有+1.36V的[(S4 2-/S2 2-)/(Br3 -/Br-)])通常为全阴离子基RFB。此外，单个离子选择膜还要求正极侧和负极侧中具有相同或类似的(例如，当使用AEM时具有相同阳离子但不同的阴离子，或当使用CEM时具有相同的阴离子但不同的阳离子)支持(或本底)电解质，这有时限制了氧化还原对的选择，并且进一步缩小了电池电压的可用范围。例如，尽管锌-铈RFB系统(Zn/Ce-RFB，[(Zn2+/Zn)/(Ce4+/Ce3+)])可提供高达2.50V的标准电池电压(是报告的所有已知水RFB系统中的最高数值)，但是其具有负极侧(Zn2+/Zn)中逐步形成氢的重大问题。原因在于，使用的酸性支持电解质(两侧)为逐步形成氢的反应建立巨大的过电位(760mV)(pH为0时H+/H2的0V标准电极电位和Zn2+/Zn的-0.760V标准电极电位)。
除此之外，单个离子选择膜的使用使得RFB系统遭受不可逆转的反离子交叉这另一个挑战性问题，因为所有离子选择膜并不完美。所述离子选择膜允许非常低但可测量的反离子渗透率(通常来说，CEM为1％的阴离子交换，并且AEM为1％至5％的阳离子交叉)。当反离子跨过膜时，所述反离子将立即与电解质另一侧中的氧化还原对反应(所谓的自放电)并且再也不回头，造成库仑效率损耗、能量的永久降低和将严重影响两侧性能的两个电解质的污染。
因此，单个离子选择性膜RFB系统需要合适的替代物。
发明内容
一方面，本发明提供新颖的氧化还原流电池设计，例如多膜多电解质(MMME)氧化还原流基电池设计，所述设计包括第一膜；第二膜；设置在所述第一膜与所述第二膜之间的第一电解质；与所述第一膜和第一电极接触的第二电解质；以及与所述第二膜和第二电极接触的第三电解质；并且其中所述第一电解质和所述第二电解质的至少一个阴离子物种不同；并且所述第一电解质和所述第三电解质的至少一个阳离子物种不同；并且其中所述第一电解质为负(或正)电极且所述第二电极为正(或负)电极；并且其中所述第一膜和/或所述第二膜选自由阳离子交换膜和阴离子交换膜组成的组。
一方面，本发明提供新颖的氧化还原流电池设计，例如多膜多电解质(MMME)基电池设计，所述设计包括第一膜；第二膜；设置在所述第一膜与所述第二膜之间的第一电解质；与所述第一膜和第一电极接触的第二电解质；与所述第二膜和第二电极接触的第三电解质；其中所述电池还包括设置在所述第一膜与所述第二膜之间的第三膜以及设置在所述第一膜与所述第二膜之间的第四电解质；其中所述第三膜将所述第四电解质与所述第一电解质分离；并且其中所述第一电解质和所述第二电解质的至少一个阴离子物种不同，且所述第一电解质与第三或第四电解质的至少一个阳离子物种不同；并且其中所述第一电极为负电极且所述第二电极为正电极；并且其中所述第一和第二膜为阴离子交换膜且所述第三膜为阳离子交换膜，或其中所述第一和第二膜为阳离子交换膜且所述第三膜为阴离子交换膜。
另一方面，第二电解质包含阴离子基氧化还原对，诸如选自由Al(OH)4 -/Al氧化还原对、Zn(OH)4 2-/Zn氧化还原对、S4 2-/S2 2-氧化还原对和Co(CN)6 3-/Co(CN)6 4-氧化还原对组成的组的阴离子氧化还原对。另一方面，第三电解质包含阳离子基氧化还原对，诸如选自由Co3+/Co2+氧化还原对、Fe3+/Fe2+氧化还原对和Ce4+/Ce3+氧化还原对组成的组的阳离子基氧化还原对。另一方面，第二电解质和第三电解质中的至少一个包含阴离子基氧化还原对、阳离子基氧化还原对或阳离子-阴离子混合氧化还原对。另一方面，第一、第二、第三和/或第四电解质的一个包含以下中的至少一个：基于水合氢、钠、镁、钾或钙的阳离子；或基于氢氧化物、高氯酸盐、硫酸盐、磷酸盐、醋酸盐、氯化物、溴化物或碳酸盐的阴离子。
另一方面，本发明提供一种制作氧化还原流电池的方法，所述方法包括：利用第一膜和第二膜部分地围绕第一电解质；b)利用第一膜和第一电极部分地围绕第二电解质；以及利用第二膜和第二电极部分地围绕第三电解质；其中第一膜和/或第二膜选自由阳离子交换膜和阴离子交换膜组成的组。
另一方面，本发明提供一种制作氧化还原流电池的方法，所述方法包括：利用第一膜和第三膜部分地围绕第一电解质；利用第三膜和第二电膜部分地围绕第四电解质；利用第一膜和第一电极部分地围绕第二电解质；以及利用第二膜和第二电极部分地围绕第三电解质；其中第一膜和第二膜为阴离子交换膜且第三膜为阳离子交换膜，或第一膜和第二膜为阳离子交换膜且第三膜为阴离子交换膜。
另一方面，本发明提供一种由这些方法制作的氧化还原电池。
附图说明
图1示出常规单膜双电解质RFB。
图2示出多膜多电解质概念的图解。
图3示出多膜多电解质RFB的一种形式。
图4示出另一个多膜多电解质概念的图解。
图5示出另一多膜多电解质RFB的一种形式。
图6示出用于为不同RFB选择氧化还原对和电池电压的标准电极电位。
图7示出Al/Co-MMME-RFB的开路电压。
图8示出Al/Co-MMME-RFB的充电和放电曲线图。
图9示出Zn/Ce-MMME-RFB的开路电压。
图10示出Zn/Ce-MMME-RFB的充电和放电曲线图。
图11示出Zn/Ce-DMTE-RFB的10个周期连续充电-放电测试。
图12示出Zn/Ce-DMTE-RFB每个周期的效能计算。
具体实施方式
现在将参考本发明的几个优选实施方案详细描述本发明。在以下描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻的了解。然而，本领域的技术人员将明白，在不具有一些或全部这些特定细节的情况下也可以实践本发明。在其它情况下，众所周知的过程步骤和/或结构尚未进行详细描述，以免不必要地混淆本发明。
本文描述的多膜多电解质(MMME)RFB系统可通过涉及多膜布置(至少一片CEM和至少一片AEM)大大提高电池电压并同时降低离子交叉，所述多膜布置将氧化还原流电池划分为填充有多电解质的多个隔间(一个隔间与负电极接触，一个隔间与正电极接触，并且至少一个位于两个膜之间)。通过引入一个以上离子选择性膜，可大致上将负极侧和正极侧的两个电解质分离，但仍然由定位在所述膜之间的一个或多个电解质保持离子传导。这种特殊设计有利地为负极侧和正极侧两者的氧化还原对及其支持电解质的选择带来很大自由，从而使得高电池电压RFB成为可能。除了提供离子传导功能，介于中间的一个或多个中间电解质还充当可大大降低负极侧与正极侧之间的整体反离子交叉的重大“缓冲”，从而从根本上解决电解质污染问题并且为电解质分离和重新平衡提供很大的方便。
具体来说，本文描述的多膜多电解质RFB设计允许在相同氧化还原流电池中同时使用强碱性负电解质(高pH，例如至少为8、至少为9、至少为10或更高)和强酸性正电解质(低pH，例如不超过6、不超过5、不超过4或更低)，其中中性中间电解质介于中间。因此，通常仅在碱电解质中稳定的绝对值大的负氧化还原对和通常仅在酸电解质中稳定的绝对值大的正氧化还原对可同时并入MMME-RFB，从而同时提供非常高的电池电压和非常低的离子交叉。不仅可增加电池电压，还可抑制负电极中的析氢副反应，因为用于析氢反应的标准电极电位较之酸电解质在碱电解质中出现绝对值大的负偏移(例如，从当pH＝0时的0V偏移至当pH＝14时的-0.828V)，从而以热力学方式扩展电池电压的操作区间。这种低反离子交叉设计克服了阻碍大多数当前电池的商业用途的非常具有挑战性的电解质污染问题。
图2示出包括双膜三电解质(DMTE)的MMME-RFB系统200，其中第一电解质60可被第二电解质50和第三电解质70部分地围绕，其中第一电解质60可被第一膜80(诸如阳离子交换膜(CEM)80)与第二电解质50分离，并且其中第一电解质60可被第二膜90(诸如阴离子交换膜(AEM)90)与第三电解质70分离。第二电解质50可被第一电极35(诸如负电极(阳极)35)部分地围绕。第三电解质70可被第二电极45(诸如正电极(阴极)45)部分地围绕。
图3示出与图2类似的DMTE-RFB基电池300，并且其中第一电解质60可被第二电解质50和第三电解质70部分地围绕，其中第一电解质60可被第一膜80(诸如阳离子交换膜(CEM)80)与第二电解质50分离，并且其中第一电解质60可被第二膜90(诸如阴离子交换膜(AEM)90)与第三电解质70分离。第二电解质50可被第一电极35(诸如负电极35)部分地围绕。第三电解质70可被第二电极45(诸如正电极45)部分地围绕。第二电解质50通过泵17从第二电解质源51流动。第三电解质70通过泵19从第三电解质源71流动。第一电解质60通过泵18从第一电解质源61流动。DMTE基氧化还原电池300可连接至栅极输入/输出处理器11。
本领域的技术人员将理解的是，尽管元件35和45被称为电极，但是其还可包括集电器(未图示)。集电器与电极可具有相同或不同材料。本领域的技术人员将理解的是，电极/集电器35、45可具有高比表面积(例如，具有高孔隙度)。
图4示出包括三膜四电解质(TMQE)的MMME-RFB系统400，其中第一电解质203可被第二电解质201和第四电解质205部分地围绕，其中第四电解质205可被第一电解质203和第三电解质207部分地围绕，其中第二电解质201可被第一电解质203和第一电极235部分地围绕，其中第三电解质207可被第四电解质205和第二电极245部分地围绕，其中第一电解质203可分别被第一膜220和第三膜230与第二电解质201和第四电解质205分离，其中第四电解质205可分别被第三膜230和第二膜240与第一电解质203和第三电解质207分离。膜220、240可为阴离子交换膜且膜230可为阳离子交换膜，或者膜220、240可为阳离子交换膜且膜230可为阴离子交换膜。
图5示出与图4类似的TMQE-RFB 500，并且其中第一电解质203可被第二电解质201和第四电解质205部分地围绕，其中第四电解质205可被第一电解质203和第三电解质207部分地围绕，其中第二电解质201可被第一电解质203和第一电极235部分地围绕，其中第三电解质207可被第四电解质205和第二电极245部分地围绕，其中第一电解质203可分别被第一膜220和第三膜230与第二电解质201和第四电解质205分离，其中第四电解质205可分别被第三膜230和第二膜240与第一电解质203和第三电解质207分离。第二电解质201通过泵41从第二电解质源211流动。第三电解质207通过泵44从第三电解质源217流动。第一电解质203通过泵42从第一电解质源213流动。第四电解质205通过泵43从第四电解质源215流动。TMQE基电池500可连接至栅极输入/输出处理器12。上面参考图3描述的电极和集电器的材料和配置的类似变型也适用于图5的这些内容。
添加第三离子交换膜可处理由两个阴离子-阳离子混合氧化还原对所提出的具有挑战性的氧化还原对隔离问题。例如，当膜220、240为阴离子交换膜且膜230为阳离子交换膜时，两个阴离子交换膜可阻挡负极和正极混合氧化还原对的电活性阳离子而不是电活性阴离子。然而，跨过的电活性阴离子将被两个阴离子交换膜之间的阳离子交换膜停止。膜220、240为阳离子交换膜并且膜230为阴离子交换膜的配置还可隔离两个混合氧化还原对。
除了提供电解质连续性功能和充当离子交叉缓冲之外，MMME-RFB系统中的一个或多个中间电解质基于阴离子/阴离子氧化还原对与阳离子/阳离子氧化还原对为RFB提供另一个重要好处，即可能会污染电解质的交叉离子的清洁。可通过更新一个或多个中间电解质来从污染的电解质除去低水平交叉离子(例如，约100ppm)，因为在建立的离子浓度差下，交叉的离子将迅速扩散回到一个或多个新鲜的中间电解质。因此，一个或多个中间电解质的使用提供有效手段来有效地清洁污染的电池，从而延长电池寿命。
第一、第二、第三和/或第四电解质50、60、70、201、203、205、207并未特别限制，并且可包含任何合适的电解质或盐，诸如基于水合氢、钠、镁、钾或钙的阳离子的电解质或盐，或基于氢氧化物、高氯酸盐、硫酸盐、磷酸盐、醋酸盐、氯化物、溴化物或碳酸盐的阴离子的电解质或盐。第一和第二电解质35、45、235、245并未特别限制，并且可包含任何合适的电极材料，诸如Al、Zn、Cu、Cd、Pb和C。
本文描述的MMME-RFB系统较之常规单膜双电解质电池具有很大优势，并且提供高OCV、低离子交叉和受抑制的析氢。用于构建本文所描述的MMME-RFB系统的材料并未特别限制，并且可为大量材料，例如选自在能源技术中用于类似目的的常规材料或其它已知材料的任何材料。这些材料包括但不限于阳离子交换膜、阴离子交换膜、电解质溶质和溶剂、能够提供所需的氧化还原对的化合物、酸、碱、负电极、正电极等。本文描述的MMME-RFB系统具有广泛的应用，尤其对于高电压和低离子交叉电池。
例如，RFB氧化还原流电池系统的有吸引力的备选方案是配置成[(Al/Al(OH)4 -)/(Co3+/Co2+)]的铝-钴MMME-RFB系统(例如，Al/Co-MMME-RFB)。当与图2或图3进行比较时，Al/Co-MMME-RFB的Al部分包含在第二电解质50中，并且Al/Co-MMME-RFB的Co部分包含在第三电解质70中。当与图4或图5进行比较时，Al/Co-MMME-RFB的Al部分包含在第二电解质201中，并且Al/Co-MMME-RFB的Co部分包含在第三电解质207中。
Al/Co-MMME-RFB系统提供非常高的电池电压(4.29V标准电池电压)，因为其成功地结合碱中非常负的氧化还原对Al/Al(OH)4 -(-2.337V标准电极电位)和酸中非常正的氧化还原对Co3+/Co2+(+1.953V标准电极电位)。这种高标准电池电压(4.29V)被认为是报告的所有已知RFB系统中最高的，其数值是Zn/Ce-RFB系统(2.50V)的1.7倍，是聚硫化物-溴化物S/Br-RFB系统(1.36V)的3.2倍，是全钒RFB系统(1.26V)的3.4倍，并且是铁-铬Fe/Cr-RFB系统(1.18V)的3.6倍，如图6中所示出。Al/Co-MMME-RFB系统的非常高的标准电池电压甚至比锂离子电池(约3.5V)的电压高，这表明很可能出现匹敌其它氧化还原流电池技术的设计。
图7中示出Al/Co-MMME-RFB系统的开路电压(OCV)测试。如可看出，实现了高初始OCV(3.54V)和20分钟之后的稳定OCV(3.28V)。考虑到先前观察到的Co3+/Co2+氧化还原对的非常缓慢的动力学以及所使用的完全没有优化的电极，这些OCV数据被认为与标准电池电压(4.29V)相当一致。另外，Al/Co-MMME-RFB系统是实用的，如图8的充电/放电曲线图所示出。预期的放电反应和充电反应分别在反应式1和反应式2中示出。
Co3++e-→Co2+  反应式1(a)
Al+4OH-→Al(OH)4 -+3e-  反应式1(b)
Co2+→Co3++e-  反应式2(a)
Al(OH)4 -+3e-→Al+4OH-  反应式2(b)
对于放电过程(图8的下部曲线)，电池电压在10分钟的放电过程中从初始3.11V小幅且平稳地降低至2.84V。尽管这里仅示出10分钟的放电操作作为初步实验，但是更长的放电时间也是可能的。也已经尝试充电过程，并且电池电压在10分钟的充电过程中从初始3.25V增加至3.59V(图8的上部曲线)。明显的是，Al/Co-MMME-RFB系统的实验证明证实这种设计是可行且成功的。
例如，RFB系统的另一个有吸引力的备选方案为配置成[(Zn/Zn(OH)4 2-)/(Ce4-/Ce3+)]的锌-铈MMME-RFB系统(Zn/Ce-MMME-RFB)。当与图2或图3进行比较时，Zn/Ce-MMME-RFB的Zn部分包含在第二电解质50中，并且Zn/Ce-MMME-RFB的Ce部分包含在第三电解质70中。当与图4或图5进行比较时，Zn/Ce-MMME-RFB的Zn部分包含在第二电解质201中，并且Zn/Ce-MMME-RFB的Ce部分包含在第三电解质207中。
Zn/Ce-MMME-RFB系统提供2.96V标准电池电压，因为其结合来自Zn/Zn(OH)4 2-氧化还原对的负电极电位(-1.216V)和来自Ce4+/Ce3+氧化还原对的正电极电位(+1.743V)。这种高标准电池电压还高于所有常规水RFB系统的电池电压，例如高于AV-RFB系统(1.26V)的电池电压并且高于Zn/Ce-RFB系统(2.50V，不考虑Zn/Ce-RFB系统的负电极中析氢的强烈顾虑)的电池电压。放电反应和充电反应分别在反应式3和反应式4中表示。
Ce4++e-→Ce3+  反应式3(a)
Zn+4OH-→Zn(OH)4 2-+2e-  反应式3(b)
Ce3+→Ce4++e-  反应式4(a)
Zn(OH)4 2-+2e-→Zn+4OH-  反应式4(b)
在充电过程中，锌酸盐阴离子被还原成锌金属，并且钠阳离子从中间隔间平衡至负隔间。同时，铈(III)阳离子被氧化成铈(IV)，并且高氯酸盐阴离子从中间隔间平衡至负隔间。在放电过程中，相反的反应和离子转移方向将适用。
在被充电至达到90％充电状态之后，对OCV进行15分钟的监控。如图9中看出，其示出初始3.14V的OCV，并且快速地稳定在3.10V。这些OCV高于标准OCV(2.96V)，因为电池处于已充电状态(90％充电状态)，所以这是合理的。明显的是，观察到的这种高OCV再次证明并验证MMME-RFB系统是可行且成功的。
同样重要的是，已利用恒定电流(60mA电流或5mA/cm2电流密度)成功实现放电操作和充电操作二者。如图10中看出，充电操作(图10的上部曲线)中的电池电压在充电30分钟之后从初始3.08V小幅且平稳地增加至3.17V，指示非常高的电压效率(93％至96％)。与发现析氢是强烈顾虑(当使用酸性电解质时具有760mV的过电位)的常规Zn/Ce-RFB系统不同，析氢反应在本发明的Zn/Ce-MMME-RFB系统中被大大抑制，因为其过电位从Zn/Ce-RFB中的760mV降低至本发明的Zn/Ce-MMME-RFB系统(当pH＝14时Zn/Zn(OH)4 2-氧化还原对的-1.216V与OH-/H2氧化还原对的-0.828V)中的388mV。实情是，整个放电操作期间以及充电操作期间尚未发现析氢现象。在放电操作(图10的下部曲线)中，电池电压在将近4个小时的放电之后从初始2.88V降低至2.72V，示出非常稳定的电压区；并且接着电池电压在可用的物种大多被消耗之后急剧下降。放电的电压效率在92％至97％的范围内，几乎等于充电的电压效率。
放电时长持续3小时56分钟，非常接近充电时长4小时，指示高库仑效率。整体库仑效率、电压效率和能源效率在表1中计算。结合增加的电池电压、降低的离子交叉和抑制的析氢，本发明的Zn/Ce-MMME-RFB系统明显优于常规Zn/Ce-RFB系统。
表1.一个充电-放电周期的效率计算
图11中示出5mA/cm2下的充电-放电电压曲线，示出无明显库仑效率、电压效率和能源效率变化的10个成功连续周期(每个周期的效率如图12中示出)。
实施例1
已构建被配置成[(Al/Al(OH)4 -)/(Co3+/Co2+)]的铝-钴DMTE-RFB系统(Al/Co-DMTE-RFB)。如下设计和使用由三个塑料罐制成的三隔间电池。三个50ml塑料罐与在相邻两个罐子之间打开的孔(直径为四分之一英寸)串联放置。基于三个罐子内部的半反应，将三个罐子指定为负隔间、中间隔间和正隔间。将一片212膜(杜邦公司，50μm厚)和一片FAA膜(FuMa-Tech，70μm厚)分别用作CEM和AEM。CEM放置在负隔间与中间隔间之间而AEM放置在中间隔间与正隔间之间，还具有用于密封结合部分的O形环。两个夹子被用来牢牢地压紧三个罐子，以避免电解质泄漏。OCV测试和放电-充电周期测试二者中使用了恒电位仪/横流仪(Solartron 1287A)。
含有3.76M NaOH、0.24M NaAlO2和0.05M NaSnO2的溶液被用作负电解质。含有0.1M Co(ClO4)2和2M HClO4的溶液被用作正电解质，通过将CoCO3溶解至高氯酸中来制备所述正电解质。4M的NaClO4溶液被用作中间支持电解质。一小片Al条(ESPI Metals，2cm×3cm，5N级)和一小片石墨毡(SGL Group，2cm×3cm，GFA5EA型)被分别用作负电极和正电极。首先以50mA(或8.3mA/cm2的电流密度)对电池充电2.5小时，并对OCV测试20分钟。接着通过将电流设置为恒定的5mA(或0.83mA/cm2的电流密度)来执行放电-充电周期20分钟。
实施例2
已构建被配置成[(Zn/Zn(OH)4 2-)/(Ce4+/Ce3+)]的锌-铈DMTE-RFB(Zn/Ce-DMTE-RFB)。如下设计和使用由三个丙烯酸流通道制成的三隔间电池。三个5cm×6cm的矩形通道与之间的膜串联放置。基于三个通道内部的半反应，将三个通道指定为负隔间、中间隔间和正隔间。将一片1135膜(DuPont，87.5μm厚)和一片FAA膜(FuMa-Tech，70μm厚)分别用作CEM和AEM。CEM放置在负隔间与中间隔间之间而AEM放置在中间隔间与正隔间之间，还具有用于密封结合部分的硅胶垫圈。正电极和负电极各自分别放置在其对应的隔间旁边。两个夹子被用来牢牢地压紧三个通道，以避免电解质泄漏。电解质存储在通道外的三个槽中，并且由蠕动泵(100RPM)输送。工作流电池设置为恒电位仪/横流仪(Solartron 1287A)，并且在OCV测试和放电-充电周期测试二者中使用。
负电极含有3M NaOH和0.5M Na2[Zn(OH)4)]。含有0.5MCe(ClO4)3、2M HClO4的溶液被用作正电解质，通过将Ce2(CO3)3溶解至高氯酸中来制备所述正电解质。使用的中间电解质为4M NaClO4溶液。测试中使用的每种电解质的体积为30ml。矩形铜板(ESPI Metals，5cm×6cm，3N级)被用作负集电器。在实验之前，根据参考的方法，铜利用丙酮进行冲洗并且沉积有一层镉。石墨基双极板(SGL group，5cm×6cm，TF6型)被用作正集电器。石墨毡(SGL Group，3cm×4cm，GFA5EA型)被用作正电极，并且被塑料框压紧以与双极板接触。充电和放电的截止电压分别为3.24和1.8。放电-充电周期在60mA的恒定电流(或5mA/cm2的电流密度)下执行，其中所有三个电解质的流速为20ml/min。
上面描述的MMME-RFB系统可具有除酸性/中性/碱性配置以外的其它配置，并且并不限于这些配置。表2至表4列出一些可能的备选方案和MMME-RFB配置的组合。
供本文描述的氧化还原流电池系统中使用的其它有吸引力的备选方案可为那些基于非水混合离子系统的方案，诸如非水全钌RFB(Ru(acac)3/[Ru(acac)3]-与[Ru(acac)3]+/Ru(acac)3)、非水全钒RFB(V(acac)3/[V(acac)3]-与[V(acac)3]+/V(acac)3)、非水全铬RFB([Cr(acac)3]-/[Cr(acac)3]2-与[Cr(acac)3]+/Cr(acac)3)和非水全镁RFB(Mn(acac)3/[Mn(acac)3]-与[Mn(acac)3]+/Mn(acac)3)。
尽管已使用若干优选实施方案描述本发明，但是存在属于本发明范围内的变型、排列和替代等效物。还应注意，存在实施本发明的方法和设备的许多替代方式。因此，意图在于将以下随附权利要求书解释成包括属于本发明的真实精神和范围内的所有这些变型、排列和替代等效物。

Claims (19)

1.一种氧化还原流电池，所述电池包括：
a)第一膜；
b)第二膜；
c)设置在所述第一膜与所述第二膜之间的第一电解质；
d)设置在所述第一膜与第一电极之间的第二电解质；以及
e)设置在所述第二膜与第二电极之间的第三电解质。
2.如权利要求1所述的氧化还原流电池，所述电池还包括：
设置在所述第一膜与所述第二膜之间的第三膜以及设置在所述第一膜与所述第二膜之间的第四电解质；其中所述第三膜将所述第四电解质与所述第一电解质分离。
3.如权利要求1所述的氧化还原流电池，其中所述第一电解质和所述第二电解质的至少一个阴离子物种不同，并且所述第一电解质和所述第三电解质的至少一个阳离子物种不同。
4.如权利要求1所述的氧化还原流电池，其中所述第二电解质和所述第三电介质中的至少一个包含阴离子基氧化还原对、阳离子基氧化还原对或阳离子-阴离子混合氧化还原对。
5.如权利要求1所述的氧化还原流电池，其中所述第二电解质包含选自由Al(OH)4 -/Al氧化还原对、Zn(OH)4 2-/Zn氧化还原对、S4 2-/S2 2-氧化还原对和Co(CN)6 3-/Co(CN)6 4-氧化还原对组成的组的氧化还原对。
6.如权利要求1所述的氧化还原流电池，其中所述第三电解质包含选自由Co3+/Co2+氧化还原对、Fe3+/Fe2+氧化还原对和Ce4+/Ce3+氧化还原对组成的组的氧化还原对。
7.如权利要求1所述的氧化还原流电池，其中所述第二电解质包含Al(OH)4 -/Al氧化还原对，并且所述第三电解质包含Co3+/Co2+氧化还原对。
8.如权利要求1所述的氧化还原流电池，其中所述第二电解质包含Zn(OH)4 2-/Zn氧化还原对，并且所述第三电解质包含Ce4+/Ce3+氧化还原对。
9.如权利要求1所述的氧化还原流电池，其中所述第二电解质包含Co(CN)6 3-/Co(CN)6 4-氧化还原对，并且所述第三电解质包含Co3+/Co2+氧化还原对。
10.如权利要求1所述的氧化还原流电池，其中所述第二电解质包含S4 2-/S2 2-氧化还原对，并且所述第三电解质包含Fe3+/Fe2+氧化还原对。
11.如权利要求2所述的氧化还原流电池，其中所述第一和第二膜为阴离子交换膜且所述第三膜为阳离子交换膜；或其中所述第一和第二膜为阳离子交换膜且所述第三膜为阴离子交换膜。
12.如权利要求1所述的氧化还原流电池，其中所述第二电解质和所述第三电解质二者包含阴离子-阳离子混合氧化还原对。
13.如权利要求1所述的氧化还原流电池，其中所述第一、第二和第三电解质包含以下中的至少一个：基于水合氢、钠、镁、钾或钙的阳离子；或基于氢氧化物、高氯酸盐、硫酸盐、磷酸盐、醋酸盐、氯化物、溴化物或碳酸盐的阴离子。
14.一种制作氧化还原流电池的方法，所述方法包括：
a)利用第一膜和第二膜部分地围绕第一电解质；
b)利用所述第一膜和第一电极部分地围绕第二电解质；以及
c)利用所述第二膜和第二电极部分地围绕第三电解质。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述第二电解质包含选自由Al(OH)4 -/Al氧化还原对、Zn(OH)4 2-/Zn氧化还原对、S4 2-/S2 2-氧化还原对和Co(CN)6 3-/Co(CN)6 4-氧化还原对组成的组的氧化还原对。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述第三电解质包含选自由Co3+/Co2+氧化还原对、Fe3+/Fe2+氧化还原对和Ce4+/Ce3+氧化还原对组成的组的阳离子基氧化还原对。
17.一种制作氧化还原流电池的方法，所述方法包括：
a)利用第一膜和第三膜部分地围绕第一电解质；
b)利用所述第三膜和第二膜部分地围绕第四电解质；
c)利用所述第一膜和第一电极部分地围绕第二电解质；
d)利用所述第二膜和第二电极部分地围绕第三电解质。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述第一和第二膜为阴离子交换膜且所述第三膜为阳离子交换膜；或其中所述第一和第二膜为阳离子交换膜且所述第三膜为阴离子交换膜。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述第二电解质包含选自由Al(OH)4 -/Al氧化还原对、Zn(OH)4 2-/Zn氧化还原对、S4 2-/S2 2-氧化还原对和Co(CN)6 3-/Co(CN)6 4-氧化还原对组成的组的氧化还原对；或其中所述第三电解质包含选自由Co3+/Co2+氧化还原对、Fe3+/Fe2+氧化还原对和Ce4+/Ce3+氧化还原对组成的组的阳离子基氧化还原对。
CN201380031402.1A 2012-06-15 2013-06-13 多膜多电解质氧化还原流电池设计 Pending CN104364959A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261660182P 2012-06-15 2012-06-15
US61/660,182 2012-06-15
PCT/US2013/045595 WO2013188636A1 (en) 2012-06-15 2013-06-13 Multiple-membrane multiple-electrolyte redox flow battery design

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104364959A true CN104364959A (zh) 2015-02-18

Family

ID=49758711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380031402.1A Pending CN104364959A (zh) 2012-06-15 2013-06-13 多膜多电解质氧化还原流电池设计

Country Status (8)

Country Link
US (2) US9917323B2 (zh)
EP (1) EP2862225A4 (zh)
JP (1) JP2015519718A (zh)
CN (1) CN104364959A (zh)
AU (1) AU2013274244A1 (zh)
IN (1) IN2014DN10255A (zh)
MX (1) MX2014015316A (zh)
WO (1) WO2013188636A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017071319A1 (zh) * 2015-10-29 2017-05-04 广州道动新能源有限公司 微流体多电解液结构电池
CN108461784A (zh) * 2016-12-10 2018-08-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种碱性锌铁液流电池
CN111200154A (zh) * 2020-01-10 2020-05-26 西南交通大学 一种多卤化物-铬液流电池
CN114447385A (zh) * 2020-11-06 2022-05-06 中国科学院金属研究所 一种正负极电解液不同pH值的双膜水相有机液流电池
CN117747896A (zh) * 2023-11-24 2024-03-22 天津大学 一种基于双膜结构的免充电热再生电化学电池及使用方法

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150072192A1 (en) * 2011-04-29 2015-03-12 Homeland Technologies Research, Llc Spiral-wound convection battery and methods of operation
US9899694B2 (en) * 2012-07-27 2018-02-20 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Electrochemical energy storage systems and methods featuring high open circuit potential
US9865893B2 (en) 2012-07-27 2018-01-09 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Electrochemical energy storage systems and methods featuring optimal membrane systems
US9559374B2 (en) 2012-07-27 2017-01-31 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Electrochemical energy storage systems and methods featuring large negative half-cell potentials
US9692077B2 (en) 2012-07-27 2017-06-27 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Aqueous redox flow batteries comprising matched ionomer membranes
US9768463B2 (en) 2012-07-27 2017-09-19 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Aqueous redox flow batteries comprising metal ligand coordination compounds
JP6526631B2 (ja) 2013-09-25 2019-06-05 ロッキード マーティン エナジー, エルエルシーLockheed Martin Energy, Llc レドックスフロー電池、平衡セル、作用平衡セル、エネルギ貯蔵システム及びそのエネルギ貯蔵システムの動作方法
CN105594277B (zh) * 2013-10-03 2019-03-08 Lg电子株式会社 无线通信系统中使用用于d2d操作的资源的方法和设备
US9960445B2 (en) * 2013-10-07 2018-05-01 Board Of Regents, The University Of Texas System Redox flow battery that uses complexes of cobalt and iron with amino-alcohol ligands in alkaline electrolytes to store electrical energy
US10084206B2 (en) 2013-11-12 2018-09-25 Alexandre M. Iarochenko Fast charge apparatus for a battery
KR101541994B1 (ko) * 2014-02-03 2015-08-04 한국에너지기술연구원 전기 생산이 가능한 이산화탄소 포집 장치 및 방법
WO2015126907A1 (en) * 2014-02-18 2015-08-27 Massachusetts Institute Of Technology Materials for use with aqueous redox flow batteries and related methods and systems
KR101564165B1 (ko) * 2014-03-07 2015-10-28 한국에너지기술연구원 자가발전 수단을 이용한 이산화탄소 포집 장치 및 방법
KR102537923B1 (ko) * 2015-04-14 2023-05-26 록히드 마틴 에너지, 엘엘씨 바이폴라 막을 가진 플로우 배터리 평형화 셀 및 이것의 사용 방법
MX2017013226A (es) 2015-04-14 2018-06-20 Lockheed Martin Energy Llc Celdas de equilibrio de bateria de flujo que tienen una membrana bipolar para modificacion simultanea de una solucion electrolitica negativa y una solucion electrolitica positiva.
US9899695B2 (en) * 2015-05-22 2018-02-20 General Electric Company Zinc-based electrolyte compositions, and related electrochemical processes and articles
US20170244127A1 (en) * 2016-02-24 2017-08-24 The Regents Of The University Of California Impact of membrane characteristics on the performance and cycling of the br2-h2 redox flow cell
US10347925B2 (en) * 2016-04-29 2019-07-09 Lockheed Martin Energy, Llc Three-chamber electrochemical balancing cells for simultaneous modification of state of charge and acidity within a flow battery
GB201607461D0 (en) * 2016-04-29 2016-06-15 Ecole Polytech Battery
US10461352B2 (en) 2017-03-21 2019-10-29 Lockheed Martin Energy, Llc Concentration management in flow battery systems using an electrochemical balancing cell
US10550014B2 (en) 2017-08-11 2020-02-04 Palo Alto Research Center Incorporated Electrochemical desalination system with coupled electricity storage
RU2692753C2 (ru) * 2017-11-13 2019-06-27 Дмитрий Юрьевич Тураев Цинк-диоксидно свинцовый щелочно-кислотный мембранный аккумулятор
US10821395B2 (en) 2018-02-07 2020-11-03 Palo Alto Research Center Incorporated Electrochemical desalination system
US11616246B2 (en) 2018-04-09 2023-03-28 Washington University Microscale-bipolar-interface-enabled pH gradients in electrochemical devices
KR102036766B1 (ko) * 2018-05-24 2019-10-25 도레이케미칼 주식회사 바나듐 이온 저투과를 목적으로 하는 세공충진형 양쪽성막 및 이의 제조방법
US20210280899A1 (en) * 2018-06-14 2021-09-09 Research Foundation Of City University Of New York A high-voltage ion-mediated flow/flow-assist manganese dioxide-zinc battery
US11056698B2 (en) * 2018-08-02 2021-07-06 Raytheon Technologies Corporation Redox flow battery with electrolyte balancing and compatibility enabling features
US11081712B2 (en) * 2018-10-26 2021-08-03 Saudi Arabian Oil Company Method and system to modify the performance of a redox flow battery
US11185823B2 (en) 2018-11-26 2021-11-30 Palo Alto Research Center Incorporated Electrodialytic system used to remove solvent from fluid and non-fluid flows
US11117090B2 (en) 2018-11-26 2021-09-14 Palo Alto Research Center Incorporated Electrodialytic liquid desiccant dehumidifying system
KR102153995B1 (ko) * 2019-03-19 2020-09-09 성균관대학교산학협력단 레독스 흐름전지용 전해질에 의한 연속적인 탈 이온화 시스템
WO2020191330A1 (en) * 2019-03-20 2020-09-24 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Electrochemical storage devices comprising chelated metals
US11015875B2 (en) 2019-04-17 2021-05-25 Palo Alto Research Center Incorporated Electrochemical heat pump
KR102486285B1 (ko) * 2020-10-08 2023-01-10 탑에코에너지주식회사 세라믹막을 이용한 고에너지밀도 수용계 레독스흐름전지
KR102510553B1 (ko) * 2020-11-26 2023-03-16 인하대학교 산학협력단 바나듐 연속 플로우 시스템을 이용한 과전압이 낮은 비대칭 수전해 시스템
US11271226B1 (en) 2020-12-11 2022-03-08 Raytheon Technologies Corporation Redox flow battery with improved efficiency
US11925903B2 (en) 2020-12-18 2024-03-12 Xerox Corporation Electrodialysis heat pump
CN214672733U (zh) * 2021-02-07 2021-11-09 宁波息相石新能源有限公司 一种高能量密度充放电电池
US12085293B2 (en) 2021-03-17 2024-09-10 Mojave Energy Systems, Inc. Staged regenerated liquid desiccant dehumidification systems
US11872528B2 (en) 2021-11-09 2024-01-16 Xerox Corporation System and method for separating solvent from a fluid
WO2023091940A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 Quino Energy, Inc. System and process for rebalancing flow battery state of charge
US11944934B2 (en) 2021-12-22 2024-04-02 Mojave Energy Systems, Inc. Electrochemically regenerated liquid desiccant dehumidification system using a secondary heat pump
EP4457383A2 (en) * 2021-12-27 2024-11-06 Electric Hydrogen Co. Multi-layered membranes for electrochemical cells
AU2022458327A1 (en) 2022-05-09 2024-11-07 Michael Bufano Flow battery with a dynamic fluidic network
WO2024129618A1 (en) 2022-12-12 2024-06-20 Mojave Energy Systems, Inc. Liquid desiccant air conditioning system and control methods

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5422197A (en) * 1992-10-14 1995-06-06 National Power Plc Electrochemical energy storage and power delivery process utilizing iron-sulfur couple
CN1284208A (zh) * 1998-01-28 2001-02-14 凯米科有限责任公司 氧化还原流量蓄电池系统和电池组
US20110189549A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Redox flow battery

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4786567A (en) 1986-02-11 1988-11-22 Unisearch Limited All-vanadium redox battery
US5439757A (en) 1992-10-14 1995-08-08 National Power Plc Electrochemical energy storage and/or power delivery cell with pH control
US20060063065A1 (en) * 2001-08-10 2006-03-23 Clarke Robert L Battery with bifunctional electrolyte
JP5575757B2 (ja) 2008-06-12 2014-08-20 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 高エネルギー密度レドックスフロー装置
US7820321B2 (en) 2008-07-07 2010-10-26 Enervault Corporation Redox flow battery system for distributed energy storage
DE102009009357B4 (de) 2009-02-18 2011-03-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Redox-Flow-Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie in ionischen Flüssigkeiten
EP3240078A1 (en) * 2009-04-06 2017-11-01 24M Technologies, Inc. Fuel system
JP2012018515A (ja) 2010-07-07 2012-01-26 Fujitsu Ltd 情報処理装置，制御方法，制御プログラム
US9200375B2 (en) * 2011-05-19 2015-12-01 Calera Corporation Systems and methods for preparation and separation of products

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5422197A (en) * 1992-10-14 1995-06-06 National Power Plc Electrochemical energy storage and power delivery process utilizing iron-sulfur couple
CN1284208A (zh) * 1998-01-28 2001-02-14 凯米科有限责任公司 氧化还原流量蓄电池系统和电池组
US20110189549A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Redox flow battery

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017071319A1 (zh) * 2015-10-29 2017-05-04 广州道动新能源有限公司 微流体多电解液结构电池
CN108461784A (zh) * 2016-12-10 2018-08-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种碱性锌铁液流电池
CN111200154A (zh) * 2020-01-10 2020-05-26 西南交通大学 一种多卤化物-铬液流电池
CN114447385A (zh) * 2020-11-06 2022-05-06 中国科学院金属研究所 一种正负极电解液不同pH值的双膜水相有机液流电池
CN114447385B (zh) * 2020-11-06 2024-03-01 中国科学院金属研究所 一种正负极电解液不同pH值的双膜水相有机液流电池
CN117747896A (zh) * 2023-11-24 2024-03-22 天津大学 一种基于双膜结构的免充电热再生电化学电池及使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9917323B2 (en) 2018-03-13
US20140004402A1 (en) 2014-01-02
EP2862225A4 (en) 2015-12-30
US9640826B2 (en) 2017-05-02
AU2013274244A1 (en) 2014-12-18
EP2862225A1 (en) 2015-04-22
US20140004403A1 (en) 2014-01-02
JP2015519718A (ja) 2015-07-09
MX2014015316A (es) 2015-03-05
IN2014DN10255A (zh) 2015-08-07
WO2013188636A1 (en) 2013-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104364959A (zh) 多膜多电解质氧化还原流电池设计
Gu et al. A multiple ion-exchange membrane design for redox flow batteries
Zhu et al. Decoupled aqueous batteries using pH-decoupling electrolytes
US10651489B2 (en) Electrochemical energy storage systems and methods featuring optimal membrane systems
US9991544B2 (en) Aqueous redox flow batteries comprising metal ligand coordination compounds
US9991543B2 (en) Aqueous redox flow batteries featuring improved cell design characteristics
CA2880184C (en) Aqueous redox flow batteries comprising metal ligand coordination compounds
CN107732272B (zh) 包含匹配的离聚物膜的氧化还原液流电池
US10164284B2 (en) Aqueous redox flow batteries featuring improved cell design characteristics
US9559374B2 (en) Electrochemical energy storage systems and methods featuring large negative half-cell potentials
US9692077B2 (en) Aqueous redox flow batteries comprising matched ionomer membranes
US20140030573A1 (en) Aqueous redox flow batteries featuring improved cell design characteristics
US20160248109A1 (en) Driven electrochemical cell for electrolyte state of charge balance in energy storage devices
EP2878021B1 (en) Electrochemical systems featuring high open circuit potential
AU2013295838A1 (en) Optimal membrane electrochemical energy storage systems
US20170214077A1 (en) Electrolyte System For Rechargeable Flow Battery
EP2878020B1 (en) Electrochemical energy storage systems and methods featuring large negative half-cell potentials
WO2014104146A1 (ja) バナジウムレドックス電池
US11705571B2 (en) Foil-based redox flow battery
Zhang et al. Exploring multi-segment electrolyte design strategies for portable high-energy aqueous batteries
Arai Introduction—general features of metal-air batteries
Shu et al. Review of emerging multiple ion-exchange membrane electrochemical systems for effective energy conversion and storage
Li et al. pH Differential Power Sources with Electrochemical Neutralisation
US20240186592A1 (en) Electrochemical cells and methods of manufacturing thereof
Yushan et al. Double-membrane triple-electrolyte redox flow battery design

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150218