政府資助

本發明是在根據由美國能源部的ARPA-E項目授予的批準號DE-AR000009和DE-AR0000346的政府資助下完成的。政府對本發明具有一定的權利。

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年6月15日提交的美國臨時申請號61/660,182的優先權，并且所述美國臨時申請出于所有目的以引用方式整體并入本文。

技術領域

本發明涉及氧化還原流電池(RFB)，所述電池的基本特征是具有多個膜(例如至少兩個膜，諸如一個陽離子交換膜和一個陰離子交換膜)和多個電解質(例如至少三個電解質，諸如與負電極接觸的一個電解質，與正電極接觸的一個電解質和設置在所述至少兩個膜之間的至少一個電解質)。

背景技術

作為電化學電池，氧化還原流電池(RFB)是一種存儲電能的可充電電池，通常為容納在外部電解槽中的兩個可溶解氧化還原對。離子選擇膜(陽離子交換膜CEM或陰離子交換膜AEM)被用來以物理方式分離但是以離子方式連接將兩個氧化還原對溶解的兩個電解質。存儲的外部電解質的規模可根據應用要求定大小。當需要時，可從存儲槽泵送液體電解質至流通電極，化學能在所述流通電極處轉換為電能(放電)或反之亦然(充電)。與其它常見電池系統不同，RFB在流動電解質中存儲電能。因此，能量和額定功率在根本上不掛鉤：能量由電解質的濃度和體積確定，而額定功率由為堆疊形式的電池的大小和數量確定。這個特點及其較長的循環壽命、較低的資本成本、可擴展性以及不受抽水蓄能和壓縮空氣技術所面臨的地理/地質限制影響的特點使得RFB成為電能存儲領域中最具固有吸引力的技術之一，尤其是在固有的間歇性需要得到處理的可再生能源(例如，風能或太陽能)發電領域中。

因為第一個RFB概念是在大約40年前(1974年)提出的，所以已經取得重大進步，并且一些RFB系統(例如，全釩RFB(AV-RFB))已經被商品化。然而，RFB尚未達成廣泛的市場滲透，因為許多具有挑戰性的問題仍未解決。例如，當與其它電池系統進行比較時，RFB的大體低能量和低功率密度已被確認為主要缺點，這就意味著當需要特定能量/額定功率時需要更多的電解質/電極，以至于不利地影響其成本效益。已經嘗試通過選擇替代氧化還原對或使用不同電解質來增加活性物種的溶解度，這些嘗試可在理論上增加能量密度，但是這些努力不會提高功率密度。另一方面，已經努力通過使用更好的電極設計或利用更多的活性催化劑來對改善電極性能，這可以增加功率密度但不會增加能量密度。理想且簡單的解決方案將是增加RFB的電池電壓，這可以同時增加能量密度和功率密度。

圖1中示出現有技術RFB系統100。負電解質30通過泵15從負電解質源20流過負電極(陽極)31。正電解質40通過泵16從正電解質源25流過正電極(陰極)41。正電極40和負電極30由單個離子選擇膜28分離。RFB?100可連接至柵極輸入/輸出處理器10。