[发明专利]包含用于减少旁路电流的系统的氧化还原液流电池

说明书

本发明涉及氧化还原液流电池(1000)，其包含串联电连接的n个电化学单元300(300)，各单元包含阴极(310)和阳极(320)，所述阴极(310)和阳极(320)由间隔物(330)隔开且分别通过源自阴极电解质罐(110)和阳极电解质罐(120)的阴极电解质和阳极电解质。所述单元以并联方式流体连接。一种用于降低分路电流的系统，所述系统包含：设备(700)，用于将气体注入(n‑1)个单元的阴极和阳极的入口管(401)和出口管(501)以形成气泡；以及用于去除(n‑1)个单元的阴极和阳极入口管上的气泡的装置(800)，所述装置放置在用于注入气体的设备的下游和单元的阴极和阳极的上游。

技术领域

本发明涉及用于存储和释放电化学能的氧化还原液流系统的领域，特别是涉及该电池中分路电流的减少和消除。

概况

氧化还原液流电池(也称为液流电池)是可充电电池，其中，液体形式的反应物(氧化剂和还原剂)由两个存储罐循环，并且在包含由离子渗透膜隔开的两个电极的单元中进行反应。液体形式的反应物是氧化还原化合物，当系统放电时，所述反应物在单元的正电极处被还原，并且在负电极处被氧化。然后电池作为发电器运行。通常，提及阴极电解质表示含有特定氧化还原离子的电解质，其处于氧化态并且在电池放电期间在正电极(阴极)处经历还原，并且提及阳极电解质表示含有特定氧化还原离子的电解质，其处于还原状态并在电池放电期间在负电极(阳极)处经历氧化。这些氧化还原反应在电池充电时逆转，然后系统作为电解器运行。氧化还原液流电池因此满足可充电电池的定义，其是可充电电化学发电器，即，将直接形成系统的活性物质中所含的化学能通过氧化-还原反应(氧化还原反应)的方式转化为电能的系统，其中，氧化还原反应是可逆的，例如通过将电源连接到其端子产生相对于放电方向的反向电流。

应注意，在常规氧化还原液流电池中，阴极和阳极是活性溶液，其中，氧化还原反应用可溶性氧化还原对在液态下发生，所述溶液与常规电池(可充电电池或“蓄电池”)中理解的电解质不同，其是一种简单用作两个电极之间离子形式电荷的传输介质以确保系统的整体电中性的溶液，但其不存储能量。

对氧化还原液流电池的研究开始于1970年，并且特别是锌/氯系统的到来。现在，最广为人知的氧化还原流电池是钒氧化还原电池(VRB)，其是商业化的系统；以及锌/溴(Zn/BR)氧化还原电池，其区别特征包括在电极上沉积有固体形式的反应物之一。

氧化还原液流电池具有能够表现出非常大的充电/放电容量的显著优点，因为该容量是所用阴极电解质罐和阳极电解质罐尺寸的函数。此外，电解质/电化学单元分离能够实现可获得功率与系统的能量容量之间的互不关联，所述可获得功率与电化学单元尺寸有关，所述系统的能量容量与电解质罐的尺寸有关。

氧化还原液流电池可用于电能的长期存储应用，例如光伏系统或风力发电系统，所述系统需要与能量产生的间歇性相关的存储和释放能量。氧化还原液流电池还构成了其它固定存储应用的有利选择，例如在核电站和火力发电厂中存储过剩电能。

在固定应用中，通常需要高电压水平和高容量，然后氧化还原液流电池通常由串联电连接的多个单元形成，并且电解质经由并联路径通过每个单元。

在串联连接且并联流体连接的该单元构造中，遇到的主要问题之一是出现旁路电流，也称为并联电流，并且更优选称为分路电流，其是对氧化还原液流电池的良好运行有害的电流。特别是，分路电流是通过减少电池的循环寿命对氧化还原液流电池的性能以及电池的能量效率产生不利影响的主要因素之一。

具体地，分路电流是由电解质中形成的绕过单元的导电路径引起的短路形式，导致消耗可获得的放电能量或消耗所输送的充电能量。这些由于可能在充电、放电甚至开路期间发生的分路电流所导致的损失具有不期望的副作用，例如，电极和/或其它部件内的腐蚀、反应物的不必要的应力、过度热损失，导致不期望的可用能量损失和电池使用寿命的缩短。。

因此，需要限制分路电流以将这些负面影响减少到最小。