CN101803087A - 电化学能电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种产生电势的金属卤素电化学能电池系统。所述系统的一种实施方式包括：至少一个电池，所述电池包括至少一个正极和至少一个负极；至少一种电解液；将所述电解液与卤素反应物混合的混合文氏管和循环泵，所述循环泵将与所述卤素反应物混合的电解液输送通过所述正极并越过金属电极。优选地，所述正极包括多孔碳材料，所述负极包括锌，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且，所述卤素反应物包括氯反应物。此外，本发明也公开了所述系统的各种变化和一种操作所述系统的方法。

Description

电化学能电池系统
技术领域
发明涉及金属卤素电化学能系统。
背景技术
一种电化学能系统在其正常的分配中通常使用卤素成分在正极起还原反应，并通常在负极使用适合被氧化的可氧化金属。随着卤素成分在正极被还原，水系电解液用于补充卤素成分。所述电解液包括溶解的被氧化的金属离子和被还原的卤素离子，并且所述电解液在电极区、储液区和卤素注入和混合区之间循环以在所述负极被消耗。这种系统的一个例子是使用锌和氯的系统。
这种类型的电化学能系统在较早的专利中已被描述，所述专利包括专利号为US3,713,888、US3,993,502、US4,001,036、US4,072,540、US4,146,680和US4,414,292的美国专利。这些系统也在电力研究学会(EPRI)出版的日期为1979年4月电力研究学会报告EM-I051(1-3部分)中进行了描述。前述引用的参考文献的详细教导在此通过引用并入本文。
发明内容
用于备用的现有电化学能系统存在一定的弱点和缺陷。这些弱点和缺陷包括但不限于如下方面：
●在不给所述系统充电的情况下不能存储足够的能量，而在放电条件下排除了可用性；
●在放电期间需要运行制冷系统所带来的复杂性和低效率，这会进一步减少电容量；
●诊断故障症状中的不确定性，这会显著增加故障几率；以及
●产生氢气，这是一个显著的而且代价高昂的安全问题。
用于备用的现有金属卤素系统的具体弱点或者缺陷同样包括但不限于如下方面：
●由自放电导致的不能维持没有明显电容量损耗的准备状态；
●由于具有不同电势的电池之间的内部分路电流，锌金属的异常分布进一步降低了有效电容量；
●由于抽运损耗，要求运行期间的分路电流最小化的长距离小直径槽进一步降低了系统电容量；
●在充电模式期间的金属的枝状生长能够永久损伤金属卤素系统并导致过早的而且危险的故障状况。
本发明旨在克服一些或者全部这些弱点和缺陷。本发明不限于事实上的确克服了全部这些弱点和缺陷的实施方式。
旨在克服一些或者全部这些弱点和缺陷的本发明的一些实施方式是金属卤素电化学能电池系统。这些实施方式优选地包括至少一个正极和至少一个负极，一个位于所述正极和所述负极之间的反应区，至少一种包括金属和卤素的电解液，以及将所述电解液输送通过所述反应区的循环泵，其中，所述电解液和卤素反应物在抽运之前、抽运时或者抽运之后被混合。优选地，所述正极是由多孔的碳材料制成，所述负极是由锌制成，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。这种布置的一种效果是产生电势。
一种优选的实施方式还包括将所述电解液和所述卤素反应物混合的混合文氏管，该实施方式还包括计量阀或者正排量泵，所述计量阀或者正排量泵用于控制流向所述混合文氏管的卤素反应物流。
所述电解液流优选地在被输送通过所述反应区之前经过并流(concurring)第一级二元分流(binary splits)、第二级二元分流和第三级二元分流，从而对于到达所述反应区的不同的通路提供相同的流阻。
所述系统的优选实施方式还包括储液器、向上流的电解液返回集合管，和返回管，所述电解液被所述循环泵从所述储液器向所述电池输送并且所述电解液从所述电池向所述储液器返回，所述向上流的电解液返回集合管促进清除来自所述电池的气体，所述电解液从所述电池通过所述返回管向所述储液器返回。
所述卤素反应物优选地从外部源提供并且优选地受压供应。在本文中“外部”是指位于所述系统之外。来自所述外部源的所述卤素的膨胀焓有助于冷却所述系统。可选地，所述卤素反应物可由位于所述系统内部的源提供。
所述系统优选地包括多个上述电池，其中每一个电池都是水平的并且多个这种电池在所述系统中纵向堆叠。电池布局的纵向阶状结构(vertical step)有助于导致所述多个电池中的每一个的电解液流通路被中断，从而使分路电流中断，否则所述分路电流在电解液流停滞后继续产生。
所述多个电池优选地包括多个电池框架。所述电池框架为圆形以便于将所述多个电池插入压力容器。各个所述电池框架的优选形式包括进料集合管元件、分流槽、分流节点、间隔突出物(spacer ledges)、合流节点、收集通道以及返回集合管元件。当具有这种形式的电池框架被堆叠时，这些结构在所述系统内形成附加的构造。具体而言：
●所述多个电池框架中的每一个的进料集合管元件与所述电池框架中的另一个的进料集合管元件对齐排列，从而形成进料集合管；
●所述电池框架中的每一个的分流槽和分流节点与所述电池框架中的另一个的分流槽和分流节点对齐，从而形成分流区；
●每个电池的所述正极位于各个电池的所述负极之上或之下以形成所述正极和所述负极的交替层，所述正极和所述负极放置于所述电池框架的间隔突出物上；
●所述多个电池框架中的每一个的所述合流节点和所述收集通道与所述电池框架中的另一个的所述合流节点和所述收集通道对齐，从而形成收集区；以及
●所述电池框架中的每一个的返回集合管元件与所述电池框架中的另一个的所述返回集合管元件对齐，从而形成返回集合管。
所述电池框架可包括用于流体流的旁路元件和电线或者电缆，并且所述电池框架优选地具有用于对齐和夹合元件的穿通孔以对齐和保持所述电池框架在一起。
本发明不限于带有包括电池框架的电池的系统。
无论是否使用电池框架，所述系统的优选实施方式包括用于将电解液向所述多个电池传输的进料集合管和分流区，所述系统的优选实施方式还包括用于收集来自所述多个电池的电解液的收集区和返回集合管。每个电池的正极和负极优选地被设置以当电解液流停滞并且所述进料集合管、分流区、收集区和返回集合管排尽时与每个电池中的电解液池保持接触。
在一些实施方式中，可施加平衡电压以抑制电化学反应从而当所述系统处于待用模式或者静止模式时维持系统的可用性。也可在所述系统的输出端使用阻塞二极管以抑制所述系统内的反向电流。
所述系统的优选实施方式的基本操作如下：水系电解液被从储液器吸出并穿过混合文氏管，在所述文氏管中将诸如氯元素的卤素定量添加到电解液。所述卤素与所述电解液混合并溶解，同时所述卤素的液化潜热也冷却所述混合物。所述经冷却和卤化的水系电解液通过所述泵并向堆叠结构的装置(stackassembly)中的正极递送。所述正极优选地由诸如多孔石墨-氯的多孔碳材料制成。所述电解液通过所述正极，还原溶解的卤素。富含卤素离子的电解液接着经过一个或者更多的优选由诸如锌的金属制成的负极，在负极处产生电极分解。这些反应产生的能量来自所述电极堆叠结构的终端，并且通过所述金属和所述卤素的反应在所述电解液中生成金属-卤素。
本发明还包括由根据所述发明的金属卤素电化学能电池系统的实施方式实施的方法，本发明也包括其他的系统和方法。
以上提供了本发明的简要总结，这样可快速理解本发明的本质。通过本文的描述、显示优选实施方式的附图和所附的权利要求书，本发明的其他发明目的、特征和优点将变得清晰。
附图说明
图1示出了根据本发明的一种金属卤素电化学能电池系统；
图2示出了穿过图1中所示系统的实施方式的电池板的电解液流通路；
图3示出了可被用在图1和图2中所示的系统中的电池框架。
具体实施方式
电解液能量电池系统
图1示出了根据本发明的金属卤素电化学能电池系统。
旨在克服这些弱点和缺陷中的一些或者全部的本发明的一种实施方式是金属卤素电化学能电池系统。该实施方式包括：至少一个正极和至少一个负极，一个位于所述正极和所述负极之间的反应区，至少一种包括金属和卤素的电解液，以及将所述电解液输送通过所述反应区的循环泵。将所述电解液和卤素反应物在所述抽运之前、抽运时或者抽运之后被混合，例如使用混合文氏管(mixing venture)混合。优选地，所述正极是由多孔的碳材料制成，所述负极是由锌制成，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。这种布置的一种效果是产生电势。
这种实施方式的基本操作如下：从储液器吸取水系电解液并且通过混合文氏管，在该混合文氏管中，例如氯元素的卤素被定量输入电解液。卤素与所述电解液混合并溶解进所述电解液中，同时所述卤素的液化潜热也冷却所述混合物。被冷却并被卤化的水系电解液流经所述泵并向堆叠结构的装置的正极被递送。所述正极优选由诸如多孔石墨-氯多孔碳材料制成。电解液通过正极，还原所述被溶解的卤素。富含卤素离子的电解液接着通过一个或者更多的优选由诸如锌的金属制成的负极，在负极处产生电极分解。这些反应从电极堆叠结构终端产生能量，并且通过金属与卤素的反应在电解液中生成金属-卤素。
图1示出在容器11中容纳的电化学能系统，该电化学能系统被设计用来实现前述内容。图2中的系统包括两个基本部分：如图1所示的堆叠结构的装置12和储液器19。
堆叠结构的装置12由多个电池或电池组件13组成，所述电池或电池组件13包括至少一个多孔电极和至少一个金属电极。优选地纵向堆叠这些电池。受压的卤素反应物通过进料管15从所述系统的外部源经过计量阀17输送至混合文氏管18。循环泵16循环电解液，使电解液从储液器19经过混合文氏管18、堆叠结构的装置12，并且通过返回管返回储液器19。应当理解，当电解液从电池返回储液器时，一些卤素反应物会残留在电解液中。
在一种优选的实施方式中，所述多孔电极包括碳材料，所述金属包括锌，所述金属电极包括锌电极，所述卤素包括氯，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
在一种优选的实施方式中，这种布置导致各个电池具有2伏特的电势，使得21个电池的堆叠结构的装置达到42伏特的电势。来自外部源的卤素的膨胀焓更好地冷却系统。因此，在没有产生过度热量的情况下能够提供强大电势。电解液流
图2示出流经在图1中示出的系统的实施方式中的电池板的电解液流通路。在图2中，箭头表示电解液流通路28。这些通路从进料集合管21到分流区22，通过多孔电极23、越过金属电极25到收集区26，经过返回集合管27并到返回管29。
在一种优选的实施方式中，在金属电极25底部上的薄膜24阻止电解液流在通过所述多孔电极前与所述金属电极接触。这些薄膜优选地是用粘合剂固定在金属电极底部的塑料薄膜。也可以采用其它的方式固定其它类型的薄膜。可选地，薄膜可以被省略。
采用图2中示出的布置，各个电池中的多孔电极和金属电极被设置为当电解液流停滞并且进料集合管、分流区、收集区和返回集合管排尽时，维持与每个电池中电解液池的接触。
此外，纵向堆叠结构的电池和电池布局导致所述多个电池中的每一个电池内的电解液流通路，该流通路可以中断分路电流，否则当电解液流停滞时会产生分路电流。因为这些分路电流会导致金属板之间的反应从而腐蚀金属板而不产生任何有用的电势，所以不希望产生这些分路电流。
在输送通过多孔电极之前，与卤素反应物混合的电解液优选地经过第一级分流、第二级分流和第三级分流以提供到达多孔电极的不同通路的相同流阻。每一次分流优选地将流体划分为二，虽然不是必须是这种情形。图3示出一种能够实现这些分流的可能的电池设计。
电池框架
图3示出一种电池设计，该电池设计采用电池框架以实现图2中所示的结构和流动。这些电池框架优选包括进料集合管元件31、分流槽32、分流节点33、间隔突出物35、合流节点36、收集通道37、返回集合管元件38和旁路元件34。
当这些电池框架纵向堆叠并且各电极就位时，这些元件结合以形成图2所示的元件，该元件如下所述：
■所述多个电池框架中的每一个的进料集合管元件与所述电池框架中的另一个的进料集合管元件对齐，从而形成进料集合管；
■所述电池框架中的每一个的分流槽和分流节点与另一个所述电池框架中的分流槽和分流节点对齐，从而形成分流区；
■每个电池的所述正极位于各个电池的所述负极之上或之下以形成所述正极和所述负极的交替层，所述正极和所述负极放置于所述电池框架的间隔突出物上；
■所述多个电池框架中的每一个的合流节点和分流槽与所述电池框架中的另一个的合流节点和分流槽对齐，从而形成分流区；
■所述电池框架中的每一个的返回集合管元件与所述电池框架中的另一个的返回集合管元件对齐，从而形成返回集合管；以及
■所述电池框架中的每一个的所述旁路管元件与所述电池框架中的另一个的旁路管元件对齐，从而形成用于流体流的旁路和/或电线或电缆。
电池框架优选为圆形以便于将多个电池插入到例如容器11的压力容器中。
基于电池框架的设计通过均匀分布、双极电设计、易于制造、内部旁通路和能实现静止运行模式(下文所述)的元件有助于电解液流的低损耗。所述电池框架的创新包括但不限于在分流区的分流设计，所述分流设计包括在流体槽中的第一级分流、第二级分流和第三级分流以向反应区每个电池输送八个进料通道。借助进入各个分流之前的全程层流(laminar flow)和均匀层流，这种设计试图确保反应区的各个出口通过相同长度的槽、相同数目和半径的弯曲。这种设计促使平均划分流量，不依赖电解液中的流速、粘度均匀或者密度均匀。这些特征已经被发现当通过系统供给气体和液相的混合物时具有特别的重要性。
可选地，没有采用电池框架也能实现相同类型的结构和流动(即，如图2中所示)。
操作模式
根据本发明的能电池系统优选具有三种操作模式：关闭模式、功率模式和静止模式。这些模式在下文的锌-氯系统的环境中描述。然而，也可采用其他的金属-卤素系统来执行所述模式。
关闭模式一般用于存储或者运输。在关闭模式期间，循环泵关闭。在堆叠结构的装置中的少量的元素氯被还原并且与锌离子结合形成氯化锌。堆叠结构的终端优选通过短路电阻连接，产生零电压的堆积电势(stack potential)。优选使用阻塞二极管以阻止反向电流通过任何外部电压源流经所述系统。
在功率模式期间启用电解液循环泵。使包含被溶解的氯的阴极电解液(即，电解液)循环通过包含锌阳极板的堆叠结构的装置。随着锌离子的形成，电子被释放，优选地每个电池产生2.02伏特电势，从而在所述集电板的终端产生电能，该集电板优选位于堆叠结构的装置的每一端。对来自系统的用电需求消耗氯并且降低了储液器中的压力，这导致计量阀释放高压氯到混合文氏管中。这种设计特征对加速氯气在电解液中的液化以及均匀地冷却电解液而不存在在注入点冻结的风险两方面都有帮助。注入速率优选地由堆叠结构的装置中的电化学反应速率确定。计量阀和循环泵优选地提供足够的响应速度以匹配快速改变的瞬时能量的需求。随着被压缩的氯被释放到系统中，它的膨胀焓应在热能运行限度内吸收充足的热量以维持能量电池。
在静止模式或者待用模式期间，应该几乎没有或者没有电解液流或氯注入。通过使用用于维持系统可用性的平衡电压，系统的可用性被更好地维持。平衡电压可以通过在电池堆叠结构上维持精确的电势以抵消与循环泵关闭一起出现的电化学反应力来阻止自放电。电池板的特殊设计有助于中断分路电流，否则，当经由双极电极板维持电池与电池的电连续性的时候，所述分路电流会流经进料管和返回管。
虽然这些是优选的操作模式，但本发明不限于这些模式或者这些模式的细节。更确切地说，某些实施方式可能具有这些模式中的一些，或者完全不具有这些模式，或者具有不同的运行模式。
发明概述
应该以最普遍的可能的形式来理解本申请。这包括但不限于以下方面：
●关于具体的技术，其包括可选的和更普遍的技术，尤其是当讨论本发明的各方面或者讨论如何制造或使用本发明的时候。
●关于“优选的”技术，其通常意味着发明人预期使用的那些技术，并且发明人认为这些“优选的”技术最适合于预期的应用。这不排除用于本发明的其他技术，并且也不意味着那些技术必然是必要的或者在所有情况下都是优选的。
●关于对某些实施所涉及到的原因和效果，其并不排除可能在其它实施中出现的其它的原因或效果。
●关于使用特殊的技术的原因，其并不排除其他原因或技术，即使其他原因或技术是完全相反的，此时这种情况会暗示出指定的原因或技术是不适用的。
此外，本发明绝不局限于任何特殊实施方式和本文公开的实施例的细节。在属于本发明的内容、范围和构思之内的许多其他的改变是可能的，并且在本领域技术人员研读本申请之后，这些改变对于他们来说是清楚的。

Claims (74)

1.一种产生电势的金属卤素电化学能产生系统，所述系统包括至少一个电池，所述电池包括：
至少一个正极(多孔＝多孔碳材料)；
至少一个负极(金属＝锌)；
位于所述正极和所述负极之间的反应区；
至少一种电解液，所述电解液包括金属元素和卤素元素；以及
循环泵，所述循环泵输送所述电解液通过所述反应区，其中所述电解液和卤素反应物在抽运之前、抽运时或抽运之后混合。
2.如权利要求(出错！未找到引用基础)所述的系统，其中所述正极包括多孔碳材料。
3.如权利要求(出错！未找到引用基础)所述的系统，其中所述负极包括锌，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
4.如权利要求(出错！未找到引用基础)所述的系统，所述系统还包括混合文氏管，所述混合文氏管混合所述电解液和所述卤素反应物。
5.如权利要求(出错！未找到引用基础)所述的系统，其中所述电解液流在被输送通过所述反应区之前经过并流的第一级二元分流、第二级二元分流和第三级二元分流以实现到所述反应区的不同通路的相同流阻。
6.如权利要求(出错！未找到引用基础)所述的系统，所述系统还包括储液器，所述电解液由所述循环泵从所述储液器向所述电池输送并从所述电池向所述储液器返回。
7.如权利要求6所述的系统，所述系统还包括向上流的电解液返回集合管以促进从所述电池处的气体清除。
8.如权利要求6所述的系统，所述系统还包括返回管，所述电解液从所述电池通过所述返回管向所述储液器返回。
9.如权利要求6所述的系统，其中所述卤素反应物由外部源提供。
10.如权利要求6所述的系统，其中所述卤素反应物受压提供，并且其中来自于所述外部源的所述卤素的膨胀焓增加使得所述系统冷却。
11.如权利要求(出错！未找到引用基础)所述的系统，所述系统还包括计量阀或正排量泵，所述计量阀或所述正排量泵控制卤素反应物流。
12.如权利要求(出错！未找到引用基础)所述的系统，所述系统还包括多个所述电池。
13.如权利要求12所述的系统，其中多个水平的所述电池在系统中纵向堆叠。
14.如权利要求12所述的系统，其中所述多个电池还包括多个电池框架。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述电池框架为圆形以便于所述多个电池插入压力容器。
16.如权利要求145所述的系统，所述系统还包括所述压力容器。
17.如权利要求14所述的系统，其中所述电池框架中的每一个还包括进料集合管元件、分流槽、分流节点、间隔突出物、合流节点、收集槽和返回集合管元件。
18.如权利要求17所述的系统，其中，
所述多个电池框架中的每一个的进料集合管元件都与所述电池框架中的另一个的进料集合管元件对齐从而形成进料集合管；
所述多个电池框架中的每一个的分流槽和分流节点都与所述电池框架中的另一个的分流槽和分流节点对齐从而形成分流区；
每个电池的正极位于每个电池的负极之上或之下以形成所述正极和所述负极的交替层，所述正极和所述负极放置于所述电池框架的间隔突出物上；
所述多个电池框架中的每一个的所述合流节点和所述收集槽与另一个的所述合流节点和所述收集槽对齐以形成收集区；以及
所述电池框架中的每一个的所述返回集合管元件与所述电池框架中的另一个的所述返回集合管元件对齐从而形成返回集合管。
19.如权利要求17所述的系统，其中所述电池框架中的每一个还包括用于流体流的旁路导管元件和电线或电缆。
20.如权利要求17所述的系统，其中所述电池框架中的每一个还具有用于对齐和夹合元件的穿通孔以对齐和保持所述电池框架在一起，并且每个所述电池框架还包括所述对齐和夹合元件。
21.如权利要求12所述的系统，其中电池布局中的纵向阶状结构在所述多个电池中的每一个内导致被中断的电解液流通路，从而中断分路电流，否则分路电流则会在电解液流停滞后继续产生。
22.如权利要求12所述的系统，所述系统还包括
进料集合管和将所述电解液导向所述多个电池的分流区；
收集区和用于收集来自所述多个电池的电解液的返回集合管。
23.如权利要求22所述的系统，其中各个所述电池中的正极和负极被设置以当电解液流停滞并且所述进料集合管、所述分流区、所述收集区和所述返回集合管排尽时维持与电解液池的接触。
24.如权利要求22所述的系统，所述系统还包括储液器，所述电解液由所述循环泵从所述储液器向所述进料收集管输送并从所述返回集合管向所述储液器返回。
25.如权利要求24所述的系统，所述系统还包括向上流的电解液返回集合管以便于来自于所述电池的气体的清除。
26.如权利要求24所述的系统，所述系统还包括返回管，所述返回管位于所述电池框架的内部，所述电解液通过所述返回管从所述电池向所述储液器返回。
27.一种金属卤素电化学能电池系统，所述系统包括
至少一个电池，所述电池包括正极、负极、位于所述正极和所述负极之间的反应区和分流区；
水系电解液，所述水系电解液包括金属元素和卤素元素；
储液器，所述储液器收集电解液；以及
循环泵，所述循环泵输送所述电解液通过所述系统；
其中，所述分流区包含分流节点，流体槽在所述分流节点并流且重复地分为两支流以实现到所述反应区的不同通路的相同流阻。
28.如权利要求27所述的系统，其中所述负极包括锌，所述卤素包括氯，所述正极包括多孔碳材料，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
29.一种金属卤素能电池系统，包括
至少一个电池，所述电池包括正极、负极和位于所述正极和所述负极之间的反应区；
水系电解液，所述水系电解液包括金属元素和卤素元素；
储液器，所述储液器收集电解液；
循环泵，所述循环泵输送所述电解液通过所述系统；以及
卤素计量元件，所述卤素从外部源通过所述卤素计量元件予以补充。
30.如权利要求29所述的系统，其中所述负极包括锌，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述正极包括多孔碳材料，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
31.如权利要求29所述的系统，其中所述卤素计量元件是阀门或是正排量泵。
32.如权利要求29所述的系统，其中氯从所述外部源供给所述卤素计量元件。
33.如权利要求29所述的系统，其中来自于所述外部源的卤素的膨胀焓使得所述系统冷却。
34.一种金属卤素电化学能电池系统，包括
至少一个电池，所述电池包括正极、负极和位于所述正极和所述负极之间的反应区；
水系电解液，所述水系电解液包括金属元素和卤素元素；
储液器，所述储液器收集电解液；以及
循环泵，所述循环泵输送所述电解液通过所述系统；
其中，平衡电压被施加以抑制电化学反应从而当所述系统处于待用模式或静止模式时维持系统的可用性。
35.如权利要求34所述的系统，其中所述负极包括锌，所述卤素包括氯，所述正极包括多孔碳材料，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
36.一种金属卤素电化学能电池系统，包括
至少一个电池，所述电池包括正极、负极和位于所述正极和所述负极之间的反应区；
水系电解液，所述水系电解液包括金属元素和卤素元素；
卤素反应物，所述卤素反应物与所述电解液混合；
储液器，所述储液器收集电解液；
循环泵，所述循环泵输送所述电解液通过所述系统；
输出端，所述输出端与所述至少一个电池连接；以及
阻塞二极管，所述阻塞二极管应用于所述输出端以抑制所述系统内的反向电流。
37.如权利要求36所述的系统，其中所述负极包括锌，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述正极包括多孔碳材料，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
38.一种使用金属卤素电化学能系统产生电势的方法，包括如下步骤：
混合电解液和卤素反应物，其中所述电解液包括金属元素和卤素元素；以及
输送所述电解液通过至少一个电池，所述至少一个电池包括至少一个正极和至少一个负极，其中所述电解液通过所述正极并越过所述负极。
39.如权利要求38所述的方法，其中所述正极包括多孔碳材料。
40.如权利要求38所述的方法，其中所述负极包括锌，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
41.如权利要求38所述的方法，其中所述电解液和所述卤素反应物由混合文氏管混合。
42.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括在输送所述电解液通过所述正极之前使所述电解液进入并流的第一级分流、第二级分流和第三级分流，从而实现到位于所述正极和所述负极之间的反应区的不同通路的相同流阻。
43.如权利要求38所述的方法，其中电解液从储液器流至所述电池并且从所述电池返回所述储液器。
44.如权利要求43所述的方法，所述方法还包括使所述电解液在返回集合管内向上流以便于来自所述电池的气体的清除的步骤。
45.如权利要求43所述的方法，所述方法还包括使所述电解液通过管子向所述储液器返回的步骤。
46.如权利要求43所述的方法，所述方法还包括从外部源向所述系统提供所述卤素反应物的步骤。
47.如权利要求43所述的方法，其中来自于所述外部源的卤素的膨胀焓使得所述系统冷却。
48.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括使用计量阀或正排量泵控制所述卤素反应物流的步骤。
49.如权利要求38所述的方法，其中输送所述电解液通过至少一个电池还包括输送所述电解液通过多个所述电池。
50.如权利要求49所述的方法，其中所述多个水平的电池在所述系统中纵向堆叠。
51.如权利要求49所述的方法，其中所述多个电池还包括多个电池框架。
52.如权利要求51所述的方法，其中所述电池框架为圆形以便于所述多个电池插入压力容器。
53.如权利要求51所述的方法，其中所述多个电池容纳在所述压力容器内。
54.如权利要求51所述的方法，其中输送所述电解液通过所述多个电池框架还包括输送所述电解液通过进料集合管元件、分流槽、分流节点、间隔突出物、合流节点、收集槽和返回集合管元件。
55.如权利要求54所述的方法，其中
所述多个电池框架中的每一个的进料集合管元件与所述多个电池框架中的另一个的进料集合管元件对齐从而形成进料集合管；
所述电池框架中的每一个的分流槽和分流节点都与所述电池框架中的另一个的分流槽和分流节点对齐从而形成分流区；
每个电池的所述正极位于各个电池的所述负极之上或之下以形成所述正极和所述负极的交替层，所述正极和所述负极放置于所述电池框架的间隔突出物上；
所述多个电池框架中的每一个的所述合流节点和所述收集槽与所述多个电池框架中的另一个的所述合流节点和所述收集槽对齐以形成收集区；以及
所述电池框架中的每一个的所述返回集合管元件与所述电池框架中的另一个的所述返回集合管元件对齐从而形成返回集合管。
56.如权利要求54所述的方法，其中各个所述电池框架还包括用于流体流的旁路导管元件和电线或电缆。
57.如权利要求54所述的方法，其中，所述电池框架中的每一个还具有用于对齐和夹合元件的穿通孔以对齐和保持所述电池框架在一起，并且所述电池框架中的每一个还包括所述对齐和夹合元件。
58.如权利要求49所述的方法，所述方法还包括如下步骤：
使用在电池布局中的纵向阶状结构以中断所述多个电池中的每一个电池内的电解液流通路，从而中断分路电流，否则分路电流则会在电解液流停滞后继续产生。
59.如权利要求49所述的方法，其中输送所述电解液通过所述多个电池还包括通过进料集合管和分流区向所述多个电池输送所述电解液并从所述多个电池通过收集区和返回集合管。
60.如权利要求49所述的方法，所述方法还包括如下步骤：
当电解液流停滞并且所述进料集合管、所述分流区、所述收集区和所述返回集合管排尽时维持与电解液池的接触。
61.如权利要求59所述的方法，其中输送所述电解液通过所述多个电池还包括从储液器向所述进料收集管输送所述电解液以及从所述返回集合管向所述储液器输送所述电解液。
62.如权利要求61所述的方法，所述方法还包括使电解液向上流进入所述返回集合管以便于来自所述电池的气体的清除的步骤。
63.如权利要求61所述的方法，所述方法还包括将所述电解液通过内置于所述电池框架内的管子向所述储液器返回的步骤。
64.一种使用金属卤素电化学能系统产生电势的方法，包括如下步骤：
输送包括金属元素和卤素元素的水系电解液通过至少一个电池，所述电池包括正极、负极、位于所述正极和所述负极之间的反应区和分流区；以及
在储液器中收集所述电解液；
其中所述分流区包含分流节点，分流槽在所述分流节点并流且重复地分为两支流以实现到所述反应区的不同通路的相同流阻。
65.如权利要求64所述的方法，其中所述负极包括锌，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述正极包括多孔碳材料，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
66.一种使用金属卤素电化学能系统产生电势的方法，包括如下步骤：
输送包括金属元素和卤素元素的水系电解液通过至少一个电池，所述电池包括正极、负极和位于所述正极和所述负极之间的反应区；
在储液器中收集所述电解液；以及
使用卤素计量元件从外部源补充所述卤素。
67.如权利要求66所述的方法，其中所述负极包括锌，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述正极包括多孔碳材料，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
68.如权利要求66所述的方法，其中所述卤素计量元件是阀门或是正排量泵。
69.如权利要求66所述的方法，其中卤素从所述外部源输入所述卤素计量元件。
70.如权利要求66所述的方法，其中来自所述外部源的卤素的膨胀焓使得所述系统冷却。
71.一种使用金属卤素电化学能系统产生电势的方法，包括如下步骤：
输送包括金属元素和卤素元素的水系电解液通过至少一个电池，所述电池包括正极、负极、位于所述正极和所述负极之间的反应区；
在储液器中收集所述电解液；以及
施加平衡电压以抑制电化学反应从而当所述系统处于待用模式或静止模式时维持系统的可用性。
72.如权利要求71所述的方法，其中所述负极包括锌，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述正极包括多孔碳材料，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
73.一种使用金属卤素电化学能系统产生电势的方法，包括如下步骤：
输送包括金属元素和卤素元素的水系电解液通过至少一个电池，所述电池包括正极、负极、位于所述正极和所述负极之间的反应区；
混合卤素反应物和所述电解液；
在储液器中收集所述电解液；以及
在所述系统的输出端使用阻塞二极管以抑制所述系统内的反向电流。
74.如权利要求73所述的方法，其中所述负极包括锌，所述金属包括锌，所述卤素包括氯，所述正极包括多孔碳材料，所述电解液包括氯化锌水系电解液，并且所述卤素反应物包括氯反应物。
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