BR112019020292A2

BR112019020292A2 - modalidade de campo de fluxo eletrolítico multiponto para bateria de fluxo redox de vanádio

Info

Publication number: BR112019020292A2
Application number: BR112019020292A
Authority: BR
Inventors: D'ANZI Angelo; Alberto BROVERO Carlo; PIRACCINI Gianluca; TAPPI Maurizio
Original assignee: Storen Tech Inc
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2020-04-28
Also published as: EP3602654A1; CO2019011956A2; JP7165671B2; CA3093056A1; IL269660A; CN110710041A; KR20200037128A; JP2020513223A; AU2018243794A1; CL2019002779A1; US20200266457A1; ECSP19076909A; EA201992255A1; EA039893B1; PE20200029A1; WO2018183222A1; EP3602654A4

Abstract

trata-se de uma bateria de fluxo do tipo que compreende um primeiro tanque para um eletrólito de ânodo, um segundo tanque para um eletrólito de cátodo, circuitos hidráulicos respectivos dotados de bombas correspondentes para prover eletrólitos a células planares específicas, dotados de placas bipolares que têm distribuidores de fluxo multiponto nas duas faces mutuamente opostas para o transporte homogêneo dos ditos eletrólitos, separadas mutuamente por membranas de troca de prótons e eletrodos em que as ditas células planares são alinhadas e empilhadas mutuamente de modo a constituir uma pilha de bateria de fluxo.

Description

“MODALIDADE DE CAMPO DE FLUXO ELETROLÍTICO MULTIPONTO PARA BATERÍA DE FLUXO REDOX DE VANÁDIO”

REFERÊNCIAS CRUZADAS A PEDIDOS RELACIONADOS [0001] Esse pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisório n° 62/476.945 depositado em 27 de março de 2017. Toda a revelação desse pedido de patente provisório é incorporada ao presente documento a título de referência na sua totalidade.

CAMPO DA TÉCNICA [0002] A presente invenção refere-se a uma estrutura de placa bipolar de uma batería de fluxo redox de vanádio e, particularmente, a uma estrutura de placa bipolar de uma batería de fluxo redox de vanádio na qual os eletrodos porosos de grafite estão em interface com a unidade distribuidora de fluxo multiponto incorporada nos canais de fluxo de entrada e saída de placas bipolares de grafite.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0003] Uma batería de fluxo é um tipo de batería recarregável na qual eletrólitos que contêm uma ou mais substâncias eletroativas dissolvidas fluem através de uma célula eletroquímica que converte a energia química diretamente em energia elétrica. Os eletrólitos são armazenados em tanques externos e bombeados através das células do reator.

[0004] As baterias de fluxo Redox têm a vantagem de ter um layout flexível (devido à separação entre os componentes de potência e os componentes de energia), um ciclo de vida longo, tempos de resposta rápidos, sem necessidade de suavizar a carga e sem emissões nocivas. As baterias de linha são usadas para aplicações estacionárias com uma demanda de energia entre 1 kWh e vários MWh: as mesmas são usadas para suavizar a carga da rede na qual a batería é usada para acumular durante a noite energia a um baixo custo e devolvê-la à rede quando é mais caro, mas também para acumular energia de fontes renováveis como energias solar e eólica para, então, fornecê-la durante períodos de pico de demanda de energia.

[0005] Em particular, uma batería Redox de vanádio consiste em um conjunto de células eletroquímicas nas quais os dois eletrólitos são separados por uma membrana

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2/13 de troca de prótons. Ambos os eletrólitos são com base em vanádio: o eletrólito na meia célula positiva contém ions V<4+> e V<5+> enquanto o eletrólito na meia célula negativa contém ions V<3+> e V<2+>. Os eletrólitos podem ser preparados de várias maneiras, por exemplo, por dissolução eletrolítica de pentóxido de vanádio (V20S) em ácido sulfúrico (H2SO4). A solução que é usada permanece fortemente ácida. Em baterias de fluxo de vanádio, as duas meias células também são conectadas a tanques de armazenamento que contêm um volume muito grande de eletrólito que é feito circular pela célula por meio de bombas. Essa circulação de eletrólitos líquidos requer uma certa ocupação de espaço e limita a possibilidade de usar baterias de fluxo de vanádio em aplicações móveis, o que as limita na prática a grandes instalações fixas.

[0006] Enquanto a batería é carregada, na meia célula positiva, o vanádio é oxidado, o que converte V<4+> em V<5+>. Os elétrons adquiridos são transferidos para a meia célula negativa na qual os mesmos reduzem o vanádio de V<3+> para V<2+>. Durante a operação, o processo ocorre em sentido inverso e obtém-se uma diferença de potencial de 1,41 V a 25 °C em um circuito aberto.

[0007] A batería Redox de vanádio é a única batería que acumula energia elétrica no eletrólito e não nas placas ou nos eletrodos como ocorre normalmente em todas as outras tecnologias de batería.

[0008] Diferentemente de todas as outras baterias, na batería Redox de vanádio, o eletrólito contido nos tanques, uma vez carregado, não é sujeito a autodescarga, enquanto que a porção de eletrólito que está estacionária dentro da célula eletroquímica está sujeita a autodescarga ao longo do tempo.

[0009] A quantidade de energia elétrica armazenada na batería é determinada pelo volume de eletrólito contido nos tanques.

[0010] De acordo com uma solução construtiva específica particularmente eficiente, uma batería Redox de vanádio consiste em um conjunto de células eletroquímicas dentro das quais os dois eletrólitos, mutuamente separados por um eletrólito polimérico, fluem. Ambos os eletrólitos são constituídos por uma solução ácida de vanádio dissolvido. O eletrólito positivo contém íons V<5+> e V<4+>,

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3/13 enquanto o negativo contém ions V<2+> e V<3+>. Enquanto a batería é carregada, na meia célula positiva o vanádio oxida, enquanto que na meia célula negativa o vanádio é reduzido. Durante a etapa de descarga, o processo é revertido. A conexão de múltiplas células em uma série elétrica permite aumentar a tensão na batería, a qual é igual ao número de células multiplicado por 1,41 V.

[0011] Durante a fase de carregamento, para armazenar energia, as bombas são ligadas, o que faz o eletrólito fluir dentro da célula relacionada eletroquímica. A energia elétrica aplicada à célula eletroquímica facilita uma troca de prótons por meio da membrana, o que carrega a batería.

[0012] Durante a fase de descarga, as bombas são ligadas, o que faz o eletrólito fluir dentro da célula eletroquímica, o que cria uma pressão positiva na célula relacionada, o que dessa forma libera a energia acumulada.

[0013] Durante a operação da batería, o eletrólito flui linearmente pela espessura dos eletrodos porosos do fundo para o topo, o que fornece transferência de carga. ANTECEDENTES DA TÉCNICA [0014] A Figura 1 é uma vista esquemática que mostra uma batería de fluxo redox de vanádio convencional; conforme mostrado na Figura 1, a batería de fluxo redox de vanádio convencional inclui uma pluralidade de eletrodos positivos 7, uma pluralidade de eletrodos negativos 8, um eletrólito positivo 1, um eletrólito negativo 2, um tanque de eletrólito positivo 3 e um tanque de eletrólito negativo 4. O eletrólito positivo 1 e o eletrólito negativo 2 são armazenados respectivamente em um tanque 3 e em um tanque 4. Ao mesmo tempo, o eletrólito positivo 1 e o eletrólito negativo 2 passam respectivamente pelo eletrodo positivo 7 e pelo eletrodo negativo 8 através dos dutos de conexão positivos e dos dutos de conexão negativos para formar os respectivos laços indicados também na Figura 1 com as setas.

[0015] Uma bomba 5 e uma bomba 6 são frequentemente instaladas nos dutos de conexão para transporte contínuo dos eletrólitos para o eletrodo. Além disso, uma unidade de conversão de potência 11, por exemplo, um conversor CC/CA, pode ser usada em uma batería de fluxo redox de vanádio e a unidade de conversão de potência 11 é eletricamente conectada respectivamente ao eletrodo positivo 7 e ao

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4/13 eletrodo negativo 8 através das linhas de conexão positivas 9 e as linhas de conexão negativas 10 e a unidade de conversão de potência 11 também podem ser conectada eletricamente respectivamente a uma fonte de potência de entrada externa 12 e a uma carga externa 13 a fim de converter uma potência CA de matriz gerada pela fonte de potência de entrada externa 12 em potência CC para carregar a batería de fluxo redox de vanádio ou converter a potência CC descarregada pela batería de fluxo redox de vanádio em potência CA para saída para a carga externa 13.

[0016] A Figura 2 é uma vista axonométrica esquemática de uma pilha de batería de fluxo convencional de acordo com o estado da técnica. Isso inclui duas placas terminais opostas 16, uma pluralidade de juntas 14, uma pluralidade de eletrodos positivos 15, uma pluralidade de eletrodos negativos 18, uma pluralidade de placas bipolares 19 nas quais os campos de fluxo 20 são incorporados e uma série de membranas com troca protônica 17.

[0017] Conforme descrito na Figura 3, eletrólitos 22 fluem respectivamente pelos eletrodos 15 e 18 através das regiões de campo de fluxo 20 (mostradas na Figura 2) que correspondem às regiões 22a, 22b e 22c (mostradas na Figura 3) conectados aos orifícios de conexão positivo e negativo localizados na placa bipolar 19 para formar as regiões mostradas esquematicamente na Figura 3 pelas linhas onduladas. A direção de fluxo é indicada por uma seta em um fluxo de entrada 21 e por um fluxo de saída

23. Os fluxos de entrada e de saída ocorrem pelas aberturas (não numeradas); portanto há um par de aberturas de entrada e um par de aberturas de saída. O fluxo de entrada mostrado esquematicamente ocorrería através de ambas as aberturas de entrada (isto é, o par no mesmo lado que o fluxo de entrada 21) e ocorrería através de ambas as aberturas de saída (isto é, o par no mesmo lado que o fluxo de saída 23).

[0018] No entanto, as desvantagens da batería de fluxo convencional mencionada acima incluem a concentração da polarização do eletrólito, o que causaria a diminuição da eficiência da transferência de elétrons em uma batería de modo que a eficiência energética seria diminuída. Conforme mostrado na Figura 3, o fluxo de eletrólito 22 que passa linearmente pela espessura do eletrodo positivo 15 e do

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5/13 eletrodo negativo 18, durante o dito fluxo linear ocorre uma transferência de carga, o que cria assim uma grande diferença de polarização na área ativa conforme descrito na Figura 6 com o uso de bandas sombreadas 88, 90, 92, 94, 96 e 98 para denotar esquematicamente os fenômenos de concentração da polarização.

[0019] A Figura 4 é uma vista axonométrica esquemática de um eletrodo convencional (15, 18) de acordo com o estado da técnica e é típico de um campo de fluxo interdigital. Isso é um aperfeiçoamento sobre o tipo de passagem de fluxo mostrado na Figura 6, sendo que o tipo de campo de fluxo interdigital tem uma densidade de potência que é aproximadamente 3 vezes a do tipo de passagem de fluxo. Aqui, uma direção de fluxo de entrada D é mostrada juntamente com uma direção de fluxo de saída F. Isso resulta em uma polarização que aumenta progressivamente conforme mostrado esquematicamente pelas bandas 78, 80, 82, 84, 86 e 88. Isso é para mostrar um aumento gradual na polarização. A Figura 6 é uma vista axonométrica esquemática de um eletrodo convencional adicional de acordo com o estado da técnica que tem de forma similar uma direção de fluxo de entrada D e uma direção de fluxo de saída F.

[0020] Em ambas a Figura 4 e a Figura 6, a parte clara (entrada de fluxo) do eletrodo é a área na qual a polarização é desprezível, enquanto que a área escura é a parte na qual a polarização está concentrada (saída de fluxo). Em outras palavras, a parte clara do eletrodo não é totalmente explorada devido à parte escura na qual as polarizações atingiram o limite. As condições ideais ocorrem quando todas as partes do eletrodo possuem polarizações (as quais correspondem à tensão) que são homogêneas e isso ocorre apenas quando é possível prover eletrólitos com a mesma tensão pelas superfícies do eletrodo.

[0021] A presente invenção assegura que exista uma alimentação substancialmente homogênea de eletrólito na superfície, o que explora assim todas as porções de eletrodo com substancialmente quase o desempenho máximo possível devido à curta distância entre a entrada de fluxo e a saída de fluxo que não permite que o eletrólito sobrecarregue.

[0022] O significado da Figura 4 e da Figura 6 é mostrar esquematicamente os

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6/13 resultados de uma reação eletroquímica e especificamente essas figuras mostram esquematicamente as polarizações elétricas na superfície de eletrodo. A polarização é basicamente uma sobretensão devido à resistência interna e, no caso de uma batería de fluxo, principalmente devido à difusão de eletrólitos no eletrodo, em que em alguns casos um fluxo de eletrólitos lento ou mesmo uma estagnação causa sobretensões críticas localizadas, isto é, polarizações. No estado da técnica, o eletrólito que flui pelo eletrodo durante o percurso recebe cargas de modo que a porção final do eletrodo é alimentada por um eletrólito que tem uma tensão mais alta em relação à entrada e essa sobretensão é realmente próxima à tensão máxima permitida para uma batería de fluxo de vanádio. Isso é limitante para a potência.

[0023] A Figura 5 mostra um projeto de campo de fluxo interdigital adicional de acordo com o estado da técnica no qual na placa bipolar 19 existem dois canais de saída de terminação que estão embutidos na mesma e que forçam o fluxo de eletrólito 24 a fluir pela espessura do eletrodo positivo 15 e transversalmente pelo eletrodo negativo 18 conforme indicado pelos caminhos da linha de fluxo mostrados. No presente documento, é mostrada a região de campo de fluxo 24 que tem bandas 24a, 24b e 24c. Também nesse caso, durante o fluxo linear do eletrólito dentro dos canais antes de passar pelos eletrodos, conforme o eletrólito toca os eletrodos, ocorre uma transferência de carga, o que cria em qualquer caso uma diferença de polarização na área ativa conforme descrito na Figura 4. Uma série de bandas sombreadas é mostrada para descrever os fenômenos.

[0024] Portanto, é necessário fornecer uma batería de fluxo redox de vanádio na qual os eletrodos sejam alimentados de maneira homogênea a fim de resolver os problemas apresentados pelos projetos de batería de fluxo convencional descritos acima para obter uma transferência de carga eficiente de modo que a densidade de corrente elétrica possa ser aumentada e a eficiência energética possa ser melhorada, o que reduz a pressão operacional dos eletrólitos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0025] Consequentemente, o objetivo da presente invenção é fornecer uma pilha de batería de fluxo redox de vanádio que tem um projeto inovador de placa bipolar que

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7/13 compreende: pelo menos duas placas terminais; pelo menos uma membrana de troca de prótons; pelo menos dois eletrodos porosos que imprensam a membrana de troca de prótons entre eles; uma pluralidade de juntas; pelo menos uma placa bipolar que tem um canal de campo de fluxo de terminação em ambos os lados; pelo menos dois distribuidores de fluxo multiponto com uma pluralidade de orifícios. O dito distribuidor multiponto é colocado no topo da placa bipolar em correspondência com os campos de fluxo de tal maneira que a pluralidade de orifícios é alinhada aos canais de fluxo de entrada e de saída; um eletrodo positivo e um eletrodo negativo são colocados no topo do distribuidor de fluxo multiponto; em que os orifícios integrados no distribuidor de fluxo multiponto são servidos para permitir que o eletrólito que tem íons de vanádio em diferentes estados de oxidação flua pelos eletrodos e, pela reação eletroquímica dos íons de vanádio no eletrólito, uma energia elétrica é gerada e é emitida para a carga externa ou a energia elétrica externa é convertida em energia química armazenada nos íons de vanádio. O novo projeto de placa bipolar da presente invenção pode ser usado em uma batería de fluxo redox de vanádio.

[0026] Os problemas da batería de fluxo convencional mencionada acima que inclui a concentração da polarização do eletrólito são melhorados com o uso do projeto de placa bipolar inovador da presente invenção. Enquanto isso, na presente invenção, a eficiência de uma conversão de energia eletroquímica é aumentada devido aos eletrodos terem uma área de reação homogênea e a pressão operacional dos eletrólitos é reduzida.

[0027] Essa é uma melhoria da densidade de potência em relação ao tipo de campo de fluxo interdigital da Figura 4 por um fator de cerca de 2 e uma melhoria da densidade de potência sobre o tipo de passagem de fluxo da Figura 6 por um fator de cerca de 6.

[0028] Um objetivo adicional da presente invenção é fornecer uma batería de fluxo que tenha baixos custos, seja relativamente simples de fornecer na prática e seja segura na aplicação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0029] Características e vantagens adicionais da invenção se tornarão mais

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8/13 evidentes a partir da descrição de uma modalidade preferencial, mas não exclusiva, da batería de fluxo de acordo com a invenção ilustrada por meio de exemplos não limitantes nos desenhos anexos em que:

A Figura 1 é uma vista esquemática que mostra uma batería de fluxo redox de vanádio convencional;

A Figura 2 é uma vista axonométrica esquemática de uma pilha de batería de fluxo de acordo com o estado da técnica;

A Figura 3 é uma vista axonométrica esquemática de um projeto de placa bipolar convencional de um tipo de passagem de fluxo de acordo com o estado da técnica;

A Figura 4 é uma vista axonométrica esquemática de um eletrodo convencional do tipo interdigital de acordo com o estado da técnica.

A Figura 5 é uma vista axonométrica esquemática de um projeto de placa bipolar adicional do tipo interdigital de acordo com o estado da técnica;

A Figura 6 é uma vista axonométrica esquemática de um eletrodo convencional adicional de um tipo de passagem de fluxo de acordo com o estado da técnica.

A Figura 7 é uma vista axonométrica esquemática de um projeto da placa bipolar de acordo com a presente invenção.

A Figura 8 é uma vista axonométrica esquemática de um projeto da placa bipolar de acordo com a presente invenção.

A Figura 9 é uma vista axonométrica esquemática de um eletrodo que trabalha de acordo com a presente invenção.

A Figura 10 é uma vista axonométrica esquemática de uma pilha de batería de fluxo de acordo com a presente invenção.

A Figura 11 é uma vista esquemática em corte tomada transversalmente aos canais na placa bipolar que mostra ambos os lados da placa bipolar e da montagem de componentes.

A Figura 12 é uma vista ampliada da parte de entrada da placa bipolar que mostra canais de entrada de terminação e canais de saída paralelos, bem como o

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9/13 fluxo para dentro dos canais de terminação.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES [0030] As Figuras 1 a 6 foram descritas acima.

[0031] A Figura 7 é uma vista axonométrica esquemática de uma montagem de placa bipolar que tem uma placa bipolar 19 do tipo descrito acima em relação às Figuras 3 e 5. A placa bipolar 19 da presente invenção difere na medida em que tem uma pluralidade de canais de entrada de terminação paralelos 25 (também denominados daqui em diante como um campo de fluxo de entrada) e uma pluralidade de canais de saída de terminação 26 (também denominados daqui em diante como um campo de fluxo de saída) que são interdigitados com os canais de entrada 25 conforme mostrado na Figura 7. Uma ampliação desse arranjo é fornecida na Figura 12, a qual mostra claramente isso.

[0032] Especificamente, a Figura 7 mostra uma montagem de placa bipolar inovadora para uma batería de fluxo redox de vanádio, a qual inclui a placa bipolar 19 que tem nas duas faces mutuamente opostas da mesma, respectivamente, conforme mostrado claramente na Figura 11, um campo de fluxo de terminação de entrada 25, um campo de fluxo de saída 26 e um distribuidor de fluxo multiponto 27 que tem uma pluralidade de orifícios 28. Os orifícios 28 estão em um espaçamento relativamente próximo entre os mesmos, por exemplo, 8 mm de distância, e em que os orifícios 28 estão distribuídos substancialmente uniformemente sobre a superfície do distribuidor de fluxo multiponto 27. Apenas um lado da placa bipolar 19 é mostrado, sendo que o lado oposto é idêntico (consultara Figura 11) e, portanto, não é mostrado na Figura 7.

[0033] O distribuidor de fluxo multiponto 27 é colocado no topo dos campos de fluxo da placa bipolar 25 e 26 de modo que os orifícios 28 estejam alinhados para se comunicar respectivamente com os canais 25 e 26. Um eletrodo positivo 15 é disposto acima do distribuidor de fluxo multiponto 27 em um lado da placa bipolar 19 e um eletrodo negativo 18 é disposto no lado oposto da placa bipolar 19 respectivamente na superfície oposta do distribuidor de fluxo multiponto respectivo 27. Consultar a Figura 12, a qual mostra isso.

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10/13 [0034] A Figura 8 é uma vista axonométrica esquemática de uma montagem de placa bipolar que mostra um caminho de fluido de entrada, um fluxo de fluido transversal e um caminho de fluido de saída. Esses são mostrados por diferentes sombreamentos, por questões de clareza, com o fluxo de entrada sendo pontilhado e o fluxo de saída sendo preto sólido. O fluxo transversal é mostrado como laços semicirculares, o que é aproximadamente como o fluxo de fluido real aparecerá; consultar a Figura 11 para uma visão detalhada do fluxo de fluido transversal.

[0035] A Figura 9 é uma vista axonométrica esquemática de um eletrodo 15, 18 que trabalha no arranjo mostrado nas Figuras 7 e 8 descritas acima. A direção de fluxo de entrada é mostrada por uma seta rotulada D e a direção de fluxo de saída é mostrada por uma seta rotulada F. Devido ao fluxo de fluido transversal discutido acima em relação à Figura 8, as bandas de polarização correm transversal me nte na direção de fluxo de fluido geral e estão em bandas claras 110 intercaladas com bandas escuras 112. O sombreamento é distribuído muito mais uniformemente pela superfície do eletrodo 15, 18. Isso indica que toda a superfície do eletrodo 15, 18 é usada com menor concentração de polarização devido às bandas 110 e 112 em comparação com as bandas nas Figuras 4 e 6 descritas previamente.

[0036] A Figura 10 é uma vista axonométrica esquemática de uma pilha de batería de fluxo de acordo com a presente invenção. A pilha de batería de fluxo possui placas superior e inferior 16 (que têm preferencialmente a mesma construção que a placa bipolar 19, mas com o uso de apenas um lado) e essas contêm, respectivamente, um número indefinido (isto é, um número selecionado arbitrariamente) de células planares, constituídas respectivamente por uma série de eletrodos catódicos 15, uma série de membranas de troca de prótons 17, uma série de placas bipolares 19 dotadas dos distribuidores de fluxo multiponto 27 nas duas faces mutuamente opostas (conforme mostrado na Figura 11), uma série de eletrodos de ânodo 18, uma série de juntas 14, todos os itens acima constituem uma pilha de batería de fluxo dotada das bombas correspondentes (não mostradas na Figura 10) para o fornecimento de eletrólitos a células planares específicas, dotadas de distribuidores de fluxo multiponto 27 nas duas faces mutuamente opostas para o transporte independente dos eletrólitos

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11/13 e em que as células são separadas mutuamente por membranas de troca de prótons 17 e eletrodos 15, 18.

[0037] As células planares da pilha de batería na modalidade preferencial são alinhadas e empilhadas mutuamente de modo a constituir um pacote laminar. A placa terminal 19 está disposta em pelo menos uma frente do pacote laminar. A placa terminal 19 é dotada de um par de canais de acesso no lado da entrada, os quais são o grande par de aberturas (não numerado) no lado da entrada e um par de aberturas de descarga no lado da saída (não numerado), o que fornece um acesso para os eletrólitos que chegam dos tanques de eletrólito por meio de duas bombas (conforme mostrado na Figura 1) e que garante a saída de descarga para os eletrólitos emitidos e os quais são conectados aos respectivos tanques da Figura 1.

[0038] Conforme descrito na Figura 8 da presente invenção, no distribuidor de fluxo multiponto 27, o fluxo de eletrólito sai respectivamente pelos orifícios de alimentação 28 conectados em correspondência com o campo de fluxo de terminação de entrada 25 em que o eletrólito flui transversalmente, o que faz um caminho muito curto, e cai respectivamente nos orifícios 28 que estão conectados ao campo de fluxo de saída 26.

[0039] Conforme mostrado na Figura 8, o distribuidor de fluxo multiponto 27 tem uma pluralidade de orifícios 28 distribuídos homogeneamente na superfície. Esses orifícios são colocados a distâncias próximas um do outro, por exemplo, 8 mm, em que o fluxo de eletrólito 29 flui através dessa pluralidade de orifícios 28. Esses fluxos são espalhados nas superfícies do distribuidor, o que cria uma pluralidade de fluxos de eletrólitos 29 conforme indicado pelas setas. Conforme mencionado acima, essa pluralidade de fluxos 29 é distribuída uniformemente pela superfície e os fluxos passam transversalmente através dos eletrodos 15 a 18 colocados na superfície do distribuidor de fluxo e, devido ao curto caminho entre os orifícios de entrada e os orifícios de saída. A transferência de carga para o eletrólito ocorre localmente em condições homogêneas por toda a superfície do eletrodo.

[0040] Essa é uma melhoria da densidade de potência em relação ao tipo de campo de fluxo interdigital da Figura 4 por um fator de cerca de 2 e uma melhoria da

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12/13 densidade de potência sobre o tipo de passagem de fluxo da Figura 6 por um fator de cerca de 6.

[0041] Conforme mostrado na Figura 9 da presente invenção, é representado um eletrodo 15-18 em operação, em que a transferência de carga para o eletrólito é indicada pela mudança de cores. A transferência de carga é distribuída homogeneamente em toda a superfície do eletrodo, enquanto que a densidade da corrente elétrica aumenta, a eficiência energética é aprimorada e a pressão operacional é reduzida.

[0042] Características importantes da presente invenção são que um projeto de placa bipolar de alta eficiência é obtido pela montagem da placa bipolar e do distribuidor de fluxo multiponto juntos em que na placa bipolar de grafite 19 os canais do campo de fluxo são criados para permitir que o eletrólito flua para os orifícios de distribuidor de modo que os problemas da distribuição homogênea e da concentração de polarização do eletrólito podem ser diminuídos. Enquanto isso, a reatividade do eletrodo é aumentada pela combinação de uma pluralidade de orifícios a uma curta distância um do outro de modo que a transferência de carga para os fluxos de eletrólitos se torna mais eficiente, a conversão de energia é melhorada e a pressão operacional é reduzida. O projeto fornecido pela presente invenção pode ser aplicado não apenas a baterias de fluxo, mas a uma variedade de dispositivos eletroquímicos como, por exemplo, a célula de combustível, os eletrolisadores e todos os outros dispositivos eletroquímicos nos quais uma distribuição de fluxo é crítica.

[0043] A Figura 11 é uma vista esquemática em corte tomada transversalmente aos canais na placa bipolar que mostra ambos os lados da placa bipolar e da montagem de componentes. Esses foram descritos acima.

[0044] A Figura 12 é uma vista ampliada da parte de entrada da placa bipolar que mostra os canais de entrada de terminação 25 e canais de saída paralelos 26, bem como o fluxo (pelo uso de setas) para dentro ou fora dos canais de terminação 25, 26. Isso foi descrito acima.

[0045] Embora os orifícios 28 no distribuidor de fluxo multiponto 27 sejam mostrados como sendo uniformes na modalidade preferencial, a presente invenção

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13/13 não se limita a isso. Os orifícios podem variar em tamanho, formato e localização e podem variar nessas formas a fim de controlar variáveis como fluxo de fluido, pressão ao longo do caminho de fluxo, temperatura e polarização, dentre outros.

[0046] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência às modalidades preferenciais da mesma, é evidente para os versados na técnica que uma variedade de modificações e alterações podem ser feitas sem se afastar do escopo da presente invenção que se destina a ser definido pelas reivindicações em anexo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Batería de fluxo do tipo tendo um primeiro tanque para um eletrólito de ânodo, um segundo tanque para um eletrólito de cátodo, circuitos hidráulicos respectivos dotados de bombas correspondentes para prover eletrólitos a células planares específicas, caracterizada pelo fato de que as células planares compreendem: um corpo de placa bipolar que tem duas faces opostas, sendo que cada uma das ditas faces opostas tem uma pluralidade de canais de entrada de terminação e uma pluralidade de canais de saída de terminação; um par de distribuidores de fluxo multiponto dispostos nas ditas duas faces opostas de modo que cada um dentre os ditos pares de distribuidores de fluxo multiponto esteja em engate com os ditos canais de entrada e os ditos canais de saída, sendo que o dito distribuidor de fluxo multiponto tem passagens que permitem uma comunicação entre os ditos canais de entrada e os ditos canais de saída, para transporte relativamente homogêneo dos ditos eletrólitos; sendo que as ditas placas bipolares são mutuamente separadas por respectivos dentre uma pluralidade de membranas de troca de prótons e eletrodos, em que as ditas células planares são mutuamente alinhadas e empilhadas de modo a constituir uma pilha de batería de fluxo.

2/2 de que os orifícios são dispostos em um padrão de grade retangular.

2. Batería de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os ditos canais de entrada e ditos canais de saída são interdigitados.

3. Batería de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito distribuidor de fluxo multiponto tem uma superfície e tem uma pluralidade de orifícios que são espaçados homogeneamente na dita superfície.

4. Batería de fluxo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que um distribuidor de fluxo multiponto é colocado respectivamente no topo dos campos de fluxo da placa bipolar que alinham os orifícios aos canais de entrada e saída.

5. Batería de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um eletrodo positivo e um eletrodo negativo são colocados na superfície do distribuidor de fluxo multiponto.

6. Batería de fluxo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato

Petição 870190096942, de 27/09/2019, pág. 106/120

7. Batería de fluxo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o distribuidor de fluxo multiponto tem uma pluralidade de orifícios distribuídos uniformemente na superfície como um espaçamento de aproximadamente 8 mm, e em que o eletrólito tendo íons de vanádio em diferentes estados de oxidação flui através dos orifícios e passa transversalmente através dos eletrodos dispostos na superfície de distribuidor de fluxo, e pelas reações eletroquímicas dos íons de vanádio, uma energia elétrica é gerada e emitida seletivamente para uma dentre (a) uma carga externa e (b) é convertida em energia química armazenada nos íons de vanádio.