[发明专利]具有成本效益的高能量密度氧化还原液流电池

说明书

提供了用于氧化还原液流电池系统的方法和系统。在一个示例中，氧化还原液流电池适配有包括在电池电解液中的添加剂和将正极电解液与负极电解液分开的阴离子交换隔离膜。可以增加存储容量、能量密度和性能的同时，降低电池系统的整体系统成本。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年8月10日提交的名称为“具有成本效益的高能量密度氧化还原液流电池”的美国临时申请No.62/717,625的优先权。出于所有目的通过引用的方式并入以上列出的申请的全部内容。

技术领域

本说明书总体上涉及用于氧化还原液流电池的方法和系统。

背景技术

氧化还原液流电池由于其独立地缩放功率和容量的能力而适合于网格级的存储应用以及适合于数千个循环的充电和放电且与常规电池技术相比性能损失减少。全铁混合氧化还原液流电池由于引入了低成本、地球丰富的材料而特别具有吸引力。铁氧化还原液流电池(IFB)依赖于用于电解液的铁、盐和水，因此包含简单的、地球丰富和廉价的材料，并且无需并入刺激性化学物质，从而使IFB对环境的负面影响最小。

发明内容

然而，发明人在本文中已经认识到，为了扩大IFB的可行的商业应用，可能期望进一步降低总体系统存储成本。通过促进在IFB系统的负极处形成厚度增加的均匀、无裂缝的镀覆层，可以实现增大的能量存储与单位成本的比率。因此，可以改善IFB的可及性和性能。

在一个示例中，上述问题可以通过一种氧化还原液流电池系统来解决，该氧化还原液流系统包括：具有正极电解液和负极电解液的电池单元，正极电解液与正极接触，负极电解液与负极接触；添加到负极电解液中的镀覆添加剂，该镀覆添加剂与负极电解液中的阳离子相互作用并形成以自组装单层镀覆到负极上的配合物。

这样，可以以降低的存储成本来制造铁氧化还原液流电池(IFB)系统。降低存储成本可以包括在IFB系统中并入镀覆添加剂，以在负极上形成厚的、均匀且不间断的镀覆层。

应该理解，提供以上概要是为了以简化的形式介绍在具体说明中进一步描述的概念的选择。这并不意味着要去确定范围由具体说明之后的权利要求唯一地限定的所要求保护的主题的关键或必要特征。此外，要求保护的主题不限于解决以上或在本发明的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了示例性氧化还原液流电池系统的示意图，该氧化还原液流电池系统包括具有电极和隔离膜的电池单元。

图2示出了用于镀覆电极的被镀覆材料的自组装单层的示例性模型。

图3示出了描绘在负极上的最大镀覆电流密度相对电解液温度在常规的氧化还原液流电池和配置成镀覆材料作为自组装单层的氧化还原液流电池之间示例性比较的曲线图。

图4示出了氧化还原液流电池的功率模块的示例。

图5示出了将常规的氧化还原液流电池系统的存储成本与适配有阴离子交换隔离膜和增加的镀覆厚度的氧化还原液流电池系统的存储成本进行比较的图表。

图6示出了用于对氧化还原液流电池系统进行充电和放电的方法的示例。

图7示出了氧化还原液流电池的电池单元的示例的示意图，其包括负极隔室、正极隔室和隔离膜。

图8示出了不具有镀覆添加剂的负极隔室的示例的第一示意图，其中，负极涂覆有裂缝的镀覆金属涂层。

图9示出了具有镀覆添加剂的负极隔室的示例的第二示意图，其中，负极涂覆有无裂缝的镀覆金属涂层。

图10示出了对于包含氧化还原活性物质和辅助盐的第一溶液和对于包含氧化还原活性物质而不包含辅助盐的第二溶液的反应物浓度和温度之间的关系的曲线图。

图4近似按比例显示，但是，可以根据需要使用其他尺寸。