[发明专利]基于铜的液流电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年9月17日提交的美国临时申请号62/051,817的题为“基于铜的液流电池”的权益，其公开通过引用整体包含在此。

背景技术

还原-氧化(氧化还原)液流电池以化学形式存储电能，并且随后将所存储的能量以电形式经由自发逆转氧化还原反应而分发。氧化还原液流电池是电化学存储装置，其中，包括一个或多个溶解的电活性物种的电解液流动通过化学能被转换成电能所处的反应器电芯。相反地，放电后的电解液可以流动通过反应器电芯，使得电能被转换成化学能。在液流电池中所使用的电解液通常包括被存储在大型外部罐中并且根据被施加的充电/放电电流而被泵送通过电芯的每一侧的电离金属盐。外部存储的电解液可以通过泵送、重力供给、或通过移动流体通过系统的任何其他方法而流动通过电池系统。在液流电池中的反应是可逆的，并且电解液可以在没有更换电活性材料的情况下被再充电。因此，氧化还原液流电池的能量容量与总电解液体积(例如，存储罐的尺寸)有关。满功率的氧化还原液流电池的放电时间还取决于电解液体积并且通常从几分钟到许多天不等。

执行电化学能量转换的最小单元通常被称作“电芯”，无论在液流电池、燃料电芯或者二次电池的情况下。集成了串联或并联电耦接的许多这样的电芯以用于获得更高电流或电压或两者的装置通常被称作“电池”。如本文所使用的，术语“电池”可以指代单个电化学电芯或多个电耦接的电芯。像传统的电池一样，电芯可以一起被“堆放”在液流电池系统中以实现期望的功率输出。因此，本文可交换地使用术语“电芯”与“电池”。

由于电解液是在外部被存储的，因此可被液流电池存储的能量的量大部分由化学品的溶解度与罐的尺寸来确定。罐的尺寸与存储容量可以容易地被缩放。真液流电池使所有化学物种流动通过电池并且被存储在外部罐中，并且因此能量与体积容量可以独立地被调整尺寸。钒氧化还原液流电池是真液流电池的示例，并且在最近几年已经收到了最多的关注。在混合液流电池中，化学状态的至少一种状态比如通过析出为金属而驻留在堆叠(stack)中。混合液流电池的一个示例是锌-溴电池，其中锌金属被析出。在这些系统中，功率与能量容量是耦合成对的，并且镀层密度影响能量/功率容量比率。

氧化还原液流电池可以被用在要求存储电能的许多技术中。例如，氧化还原液流电池可以被用于存储夜间电力(其对于产生而言是廉价的)以随后在电力对于产生而言是更昂贵的或者需求超过了当前生产的能力时的峰值需求期间提供电力。这样的电池还可以被用于存储绿色能量，即从可再生源(比如风、太阳、波)或其他非传统源生成的能量。

以电力运行的许多装置被它们的电源的突然移除不利地影响。液流氧化还原电池可以被用作不间断的电源以代替更昂贵的备用发电机。功率存储的有效方法可以被用于构造具有减轻切断电源或者突然电源故障的效果的内置备用的装置。功率存储装置还可以降低在发电厂处的故障的影响。

其中不间断电源或许很重要的其他情况包括但不限于其中不间断电源很关键的建筑物，比如医院。这样的电池还可以被用于在发展中国家中提供不间断电源，发展中国家的许多国家不具有可靠的电源，导致了间歇电源可用性。对于氧化还原液流电池的另一种可能使用是在电动车中。电动车可以通过更换电解液而迅速地被“再充电”。电解液可以从汽车分离而被充电并且被再使用。

发明内容

本技术提供一种基于铜的液流电池。根据本技术的方面的铜液流电池可以提供充分展示高电芯电压以及优良的库仑和伏打效率的电源。铜液流电池还提供一种比基于常规的氧化还原液流电池(比如基于钒的氧化还原液流电池)或混合液流电池(比如基于锌的液流电池)显著更便宜的电池和系统。

在一个方面，本技术提供一种基于铜的液流电池，其包括：阴极半电芯，其包括为阴极氧化还原对提供离子源的第一电解液以及设置在阴极半电芯内的电极；阳极半电芯，其包括提供Cu¹⁺离子源的第二电解液以及设置在阳极半电芯内的电极；以及分离器，其在第一半电芯与第二半电芯之间。

在一个实施例中，电芯还包括在第一半电芯外部的用于将第一电解液循环至第一半电芯并且从第一半电芯循环出第一电解液的第一存储罐；以及在第二半电芯外部的用于将第二电解液循环至第二半电芯并且从第二半电芯循环出第二电解液的第二存储罐。

在一个实施例中，本技术提供一种包括上面所描述的氧化还原液流电芯中的一个或多个的电池。

附图说明

图1是与本技术的实施例一致的液流电池的示意表示；