CN103797631B - 用于金属-卤素液流电池的电解液液流配置 - Google Patents

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Abstract

一种液流电池和操作液流电池的方法。所述液流电池包括第一电极、第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的反应区。所述液流电池配置为具有充电模式下的第一电解液液流配置和放电模式下的第二电解液液流配置。所述第一电解液液流配置至少部分地不同于所述第二电解液液流配置。

Description

用于金属-卤素液流电池的电解液液流配置
相关申请
本申请为2011年6月27日提交的美国申请第13/169,487号的部分继续申请，上述申请通过引用其全部并入本文。
技术领域
本发明涉及电化学系统及其使用方法。
背景技术
可再生能源的发展振兴了对用于非高峰期能源存储的大型电池的需求。这种应用的要求与诸如铅酸电池之类的其他类型的可充电电池的要求不同。在电力网络中用于非高峰期能源存储的电池通常要求低资本成本、长循环寿命、高效率、并且低维护费用。
适合这种能源存储的一种电化学能源系统称为“液流电池”，其在电化学系统正常工作期间通常在阳电极使用用于还原的卤素成分，并且通常在阴电极使用适于被氧化的可氧化金属。当卤素成分在阳电极处还原时，使用水性金属卤化物电解液对卤素成分的供应进行补充。所述电解液在电极区域和储液区域之间循环。这种系统的一个例子使用锌作为金属，氯作为卤素。
这样的电化学能源系统在下述文献中有描述：例如，美国专利第3,713,888号、第3,993,502号、第4,001,036号、第4,072,540号、第4,146,680号、以及第4,414,292号，以及由ElectricPowerResearchInstitute发表于1979年4月的EPRIReportEM-I051(Parts1-3)，所述文献的公开内容在此通过引用其全部并入本文。
发明内容
一种实施方式涉及液流电池。所述液流电池包括第一电极、第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的反应区。所述液流电池配置为具有充电模式下的第一电解液液流配置和放电模式下的第二电解液液流配置。所述第一电解液液流配置至少部分地不同于所述第二电解液液流配置。
另一实施方式涉及操作液流电池的方法。所述方法包括使电解液在充电模式下以第一液流配置流动和在放电模式下以第二液流配置流动。所述第一液流配置至少部分地不同于所述第二液流配置。
附图说明
图1图示了具有容纳电化学电池单体的堆叠结构的密封容器的电化学系统的实施方式的侧截面图。
图2图示了水平放置的电池单体的堆叠结构中液流通路的侧截面图。
图3A是用于保持图2所示的水平放置的电池单体的框架的第一、充电侧的平面图。
图3B是图3A所示的框架的第二、放电侧的平面图。
图4是图示图3A的液流通道的“A”部分的细节的平面图。
图5是电化学电池单体的堆叠结构沿图3A的A’-A’线的截面图。
图6是电化学电池单体的堆叠结构沿图3A的B’-B’线的截面图。
图7是电化学电池单体的堆叠结构沿图3B的C’-C’线的截面图。
图8图示了在充电模式期间电解液液流配置的实施方式的侧截面图。所述电解液液流被配置为100%流经式液流。
图9A图示了在充电模式期间电解液液流配置的另一实施方式的侧截面图。所述电解液液流被配置为大部分流经式液流和小部分流通式液流。
图9B图示了在充电模式期间电解液液流配置的另一实施方式的侧截面图。所述电解液液流被配置为小部分流经式液流和大部分流通式液流。
图9C图示了在充电模式期间电解液液流配置的另一实施方式的侧截面图。所述电解液液流被配置为大部分流经式液流，小部分流通式液流向上穿过多孔电极。与图9A所示的实施方式相比，所述小部分流通式液流通过旁路流出电池单体。
图9D图示了在充电模式期间电解液液流配置的实施方式的侧截面图。所述电解液液流被配置为小部分流经式液流，大部分流通式液流向上流动穿过多孔电极。与图9B所示实施方式相比，所述大部分流通式液流通过旁路流出电池单体。
图10图示了在放电模式期间电解液液流配置的实施方式的侧截面图。所述电解液液流配置为100%流通式液流。
图11A图示了在放电模式期间电解液液流配置的实施方式的侧截面图。所述电解液液流被配置为大部分流通式液流和小部分流经式液流。
图11B图示了在放电模式期间电解液液流配置的另一实施方式的侧截面图。所述电解液液流被配置为大部分流经式液流和小部分流通式液流。
图12A图示了在100%流经式液流的充电模式下具有分段电极的电解液液流配置的实施方式的侧截面图。
图12B图示了在100%流通式液流的放电模式下具有分段电极的电解液液流配置的实施方式的侧截面图。
图12C图示了在流经式和流通式液流以及通过旁路部分流出液流的充电模式下具有分段电极的电解液液流配置的实施方式的侧截面图。
图13A是用于保持图2所示水平放置的电池单体的可替换实施方式的框架的第一、充电侧的平面图。
图13B是图13A所示的可替换实施方式的框架的第二、放电侧的平面图。
图13C是可替换实施方式的电化学系统的组件的示意图。
图14A是根据可替换实施方式的电化学电池单体的堆叠结构沿图3A的A’-A’线的截面图。
图14B是电化学电池单体的堆叠结构沿图14A的D’-D’线的截面图。
图15A和图15B是根据部分地或全部地插入进液流通道的可替换实施方式的倾斜液流通道插入件的照片。
图16A、图16B和图16C是可替换实施方式的插入件的可替换顶表面坡度的侧面示意图。
图17是作为沿液流通道的距离的函数的电解液垂直液流速率的图。
具体实施方式
本发明的实施方式涉及改善/优化金属-卤素液流电池中电解液通路配置的方法和液流电池。改善的电解液通路配置改善了金属镀层形态、降低了金属腐蚀速率、并且提高了电流效率。改善的电解液通路配置还改善了整个电池系统的库伦效率。
下述的文献，其公开的内容通过引用全部并入本文以用于液流电池系统的教导，可用于理解和实践本文描述的实施方式：美国专利申请第12/523,146号，该申请是2008年1月11日提交的PCT申请PCT/US2008/051111的美国国家阶段申请，要求2007年1月16日提交的美国专利申请第11/654,380号的优先权。
本文公开的实施方式涉及电化学系统（有时还称为“液流电池”）。电化学系统可使用金属卤化物电解液和卤素反应物，例如氯分子。金属卤化物电解液中的卤化物和卤素反应物可以是同一类型。例如，当卤素反应物为氯分子时，金属卤化物电解液可包含至少一种金属氯化物。
电化学系统可包括：在其内部容积内容纳电化学电池单体的密封容器、金属卤化物电解液和卤素反应物、以及配置成将金属卤化物电解液和卤素反应物递送至电化学电池单体的液流线路。密封容器可以是容纳电化学电池单体的压力容器。卤素反应物可以是，例如，氯分子反应物。
在许多实施方式中，卤素反应物可以以液化形式使用。密封容器可以是这样：该密封容器可维持内侧压强在给定环境温度下在卤素反应物的液化压强之上。给定温度下的特定卤素反应物的液化压强可以根据该卤素反应物的相图确定。在密封容器中使用液化卤素反应物的系统不需要压缩器，但是在其他电化学系统中经常使用压缩器以压缩气态卤素反应物。使用液化卤素反应物的系统不需要单独存储卤素反应物，所述卤素反应物可以放置在密封容器的内部容积的外侧。术语“液化卤素反应物”是指溶于水的卤素分子（其还称为湿卤素或水卤素）和“干”液体卤素分子（其不溶于水）中的至少一种。类似地，术语“液化氯”可指溶于水的氯分子（其还称为湿氯或水氯）和“干”液体氯（其不溶于水）中的至少一种。
在许多实施方式中，系统使用液化氯分子作为卤素反应物。液化氯分子具有大约比水的比重大1.5倍的比重。
容纳在密封容器中的液流线路可以是闭环线路，该闭环线路配置为将卤素反应物（优选地以液化状态或液态）和至少一种电解液递送至电池单体或从电池单体递送出卤素反应物（优选地以液化状态或液态）和至少一种电解液。在许多实施方式中，闭环线路可以是密封环路。尽管在闭环线路中循环的诸如卤素反应物和金属卤化物电解液之类的成分优选为液化状态，所述闭环线路中可包含一定量的气体，例如氯气。
优选地，闭环线路是这样的：金属卤化物电解液和卤素反应物在电池单体中通过同一液流通路进行循环而无需分开。
每一个电化学电池单体可包括第一电极、第二电极、以及在第一电极和第二电极之间的反应区，其中第一电极可在正常放电模式下充当阳电极，第二电极可在正常放电模式下充当阴电极。
在许多实施方式中，反应区可以是这样：在反应区没有出现卤素反应物的分离，所述卤素反应物例如溶于电解质溶液中的卤素反应物或离子化的卤素反应物。例如，当卤素反应物是液化的氯反应物时，所述反应区可以是这样：在该反应区没有出现氯反应物的分离，所述氯反应物例如溶于电解质溶液中的氯反应物或氯离子。所述反应区可以是这样：其在同一电池单体的阳电极和阴电极之间不包含对卤素反应物（例如，溶于电解质溶液中的卤素反应物或离子化的卤素反应物）不可渗透的隔膜或分离器。例如，所述反应区可以是这样：其在同一电池单体的阳电极和阴电极之间不包含对液化的氯反应物（例如，溶于电解质溶液中的氯反应物或氯离子）不可渗透的隔膜或分离器。
在许多实施方式中，所述反应区可以是这样：在该反应区没有出现卤素离子（例如，在其中一个电极处通过氧化卤素反应物形成的卤素离子）与液流的其余部分分离。换而言之，所述反应区可以是这样：其在同一电池单体的阳电极和阴电极之间不包含对卤素离子（例如氯离子）不可渗透的隔膜或分离器。而且，所述电池单体可以是混合流电池的电池单体而不是氧化还原液流电池的电池单体。因而，在混合流电池的电池单体中，诸如锌之类的金属镀在其中一个电极上，所述反应区缺少允许离子通过的离子交换隔膜（即，在阳电极和阴电极之间没有离子交换隔膜），并且电解液没有通过离子交换隔膜分离为阴极电解液和阳极电解液。
在某些实施方式中，第一电极可以是多孔电极或包含至少一个多孔元件。例如，第一电极可包括多孔的或可透过的炭、金属或金属氧化物电极。例如，第一电极可包括多孔炭泡沫、金属网或多孔的混合金属氧化物涂覆的电极，例如涂覆钌氧化物的多孔钛电极（即，镀钌的钛）。在放电和充电模式中，第一电极可充当阳电极，在阳电极处卤素可还原为卤素离子。在第一电极中使用多孔材料可提高卤素反应物的还原效率从而提高电池的电流效率。
在许多实施方式中，第二电极可包括初始可沉积并且可氧化的金属，即在放电模式期间可以氧化形成阳离子的金属。在许多实施方式中，第二电极可包括与金属卤化物电解液的一种成分的金属离子为同种类型的金属。例如，当金属卤化物电解液包括卤化锌（例如，氯化锌），第二电极可包括金属锌。可替换地，电极可包括另外的材料，例如镀有锌的钛。在这样的情形下，电化学系统可具有可逆系统的功能。
因而，在一些实施方式中，电化学系统可以是可逆的，即，能够在充电和放电两种操作模式下工作；或者可以是不可逆的，即，仅能够在放电操作模式下工作。可逆的电化学系统通常在电解液中使用至少一种金属卤化物，这样金属卤化物中的金属在其还原形式下足够强和稳定以能够形成电极。可以用于可逆系统的金属卤化物包括卤化锌，因为锌元素足够稳定以能够形成电极。另一方面，不可逆的电化学系统不使用满足上述要求的金属卤化物。用于不可逆系统的金属卤化物的金属在其还原、元素形式下通常不稳定和强以能够形成电极。这样的不稳定金属及其对应的金属卤化物的例子包括钾（K）和卤化钾以及钠（Na）和卤化钠。
金属卤化物电解液可以是水性的电解溶液。该电解液可以是至少一种金属卤化物电解质化合物（例如ZnCl2）的水性溶液。例如，溶液可以是15%-50%的ZnCl2的水性溶液，例如，25%的ZnCl2溶液。在某些实施方式中，电解液可包含一种或一种以上添加剂，所述添加剂可增强电解溶液的电导率。例如，当电解液包含ZnCl2时，这样的添加剂可以是钠盐或钾盐的一种或一种以上，例如NaCl或KCl。
图1示出了电化学系统100，所述电化学系统100包括容纳在密封容器101中的至少一个电化学电池单体、电解液和卤素反应物。密封容器101优选为压力安全壳，所述压力安全壳配置为在其内部容积102中保持压强高于一个大气压强。优选地，所述密封容器101配置为在其内部容积中保持压强高于卤素反应物（例如：氯元素）的液化压强。对于在例如10℃-40℃的正常温度下工作，所述密封容器可配置为保持内部压强为：至少75psi或至少100psi或至少125psi或至少150psi或至少175psi或至少200psi或至少250psi或至少300psi或至少350psi或至少400psi或至少450psi或至少500psi或至少550psi或至少600psi，例如75psi-650psi或75psi-400psi，以及之前描述的所有子区间。所述密封容器的壁可由能够承受所需压强的结构材料构成。这种材料的一个非限定例子为不锈钢。
容纳在密封容器101内部的所述至少一个电化学电池单体优选为水平放置的电池单体，所述水平放置的电池单体可包括由间隙分开的水平的阳电极和水平的阴电极。所述水平放置的电池单体是有优势的，因为当液体循环由于例如关闭放电泵或充电泵而停止时，一定数量的液体（电解液和/或卤素反应物）可保留在电池单体的反应区中。所述数量的液体可以提供同一电池单体的阳电极和阴电极之间的电接触。与使用纵向放置的电池单体的系统相比，当金属卤化物电解液和卤素反应物的循环恢复时，在反应区中存在液体可使电化学系统的重启更快，同时避开了中断。反应区中存在电解液可使电池单体在没有循环的情况下保持充电，因此，确保系统提供不间断供电（UPS）。水平放置的电池单体与用作卤素反应物的液化氯反应物结合，还可以防止或减少操作期间氯气气泡的形成。
在许多实施方式中，所述密封容器可包括一个以上电化学电池单体。在一些实施方式中，所述密封容器可包括多个电化学电池单体，所述多个电化学电池单体可以串联连接。在一些实施方式中，串联连接的多个电化学电池单体可堆叠布置。例如，图1中元件103表示串联连接的水平放置的电化学电池单体的竖直堆叠结构。水平放置的电池单体的堆叠结构可与WO2008/089205的第7至11页和图1至图3公布的内容类似，该文献通过引用将其全部并入本文。单个水平放置的电池单体的优势同样适于所述堆叠结构。
所述电化学系统可以包括供给管或供给集合管，所述供给管或供给集合管可以配置为在正常放电操作模式下将包括金属卤化物电解液和液化卤素反应物的混合物递送至所述至少一个电池单体。所述电化学系统还可以包括返回管或返回集合管，所述返回管或返回集合管可以配置为在放电模式下收集来自所述至少一个电化学电池单体的电化学反应的产物。该产物可以是包括金属卤化物电解液和/或液化卤素反应物的混合物，尽管与进入电池单体的混合物相比，由于在放电模式下对卤素反应物的消耗，所述混合物中卤素反应物的浓度可能降低。
例如，在图1中的供给管或供给集合管115配置为将包括金属卤化物电解液和液化卤素反应物的混合物递送至堆叠结构103的水平放置的电池单体。返回管或返回集合管120配置为收集来自所述堆叠结构的电池单体的电化学反应的产物。下文将进一步论述，在一些实施方式中，供给管或供给集合管和/或返回管或返回集合管可以是用于水平放置的电池单体的堆叠结构的堆叠组件的一部分。在一些实施方式中，堆叠结构103可由容器101的壁直接支承。然而，在一些实施方式中，堆叠结构103可由与容器101和/或储液器119的壁连接的一个或一个以上管、柱形物或带状物支承。
供给管或供给集合管和返回管或返回集合管可与储液器119连接，所述储液器119可容纳液化的（例如液体）卤素反应物和/或金属卤化物反应物。这样的储液器可位于密封容器101内。储液器、供给管或供给集合管、返回管或返回集合管和所述至少一个电池单体可形成用于循环金属卤化物电解液和液化卤素反应物的环路。
金属卤化物电解液以及液化卤素反应物可在充电模式和放电模式下沿相反的方向流过环路。在放电模式下，供给管或供给集合管115可用于将金属卤化物电解液和液化卤素反应物从储液器119递送到至少一个电池单体103，返回管或返回集合管120用于将金属卤化物电解液和液化卤素反应物从所述至少一个电池单体递送回到储液器。在充电模式下，返回管或返回集合管120可用于将金属卤化物电解液和/或液化卤素反应物从储液器119递送到至少一个电池单体103，供给管或供给集合管115用于将金属卤化物电解液和/或液化卤素反应物从所述至少一个电池单体103递送回到储液器119。
在一些实施方式中，当系统使用水平放置的电池单体的竖直堆叠结构时，返回管或返回集合管120可以是向上排液的返回管或返回集合管。管道120包括上行部分121和下行部分122。在放电模式下，金属卤化物电解液和液化卤素电解液的液流离开堆叠结构103的电池单体，向上穿过部分121，并接着穿过部分122向下到储液器。向上排液的返回管或返回集合管可以防止液流大部分穿过堆叠结构103的底部电池单体，从而在堆叠结构的电池单体之间提供更均匀的流径阻抗。
电化学系统可包括用于泵送金属卤化物电解液和液化卤素反应物的一个或一个以上泵。这样的泵可位于密封容器的内部容积之内或也可不位于密封容器的内部容积之内。例如，图1示出了放电泵123，其流体连接储液器119和供给管或供给集合管115，其被配置为在放电模式下通过供给管或供给集合管115将金属卤化物电解液和液化卤素反应物递送至电化学电池单体103中。在一些实施方式中，电化学系统可包括在图1中描绘为元件124的充电泵。充电泵流体连接返回管或返回集合管120和储液器119，并可用于在充电模式下通过返回管或返回集合管将金属卤化物电解液和液化卤素反应物递送至电化学电池单体。在一些实施方式中，所述电化学系统可包括充电泵和放电泵二者。充电泵和放电泵可被配置为通过包括供给管或供给集合管和返回管或返回集合管的环路沿相反的方向泵送金属卤化物电解液和液化卤素反应物。优选地，充电泵和放电泵可以以这样的方式配置：使得在规定时间仅有一个泵运行。这样的布置可提高系统的可靠性并延长系统的寿命。这种相反的泵布置还可以使得在系统中不使用在充电模式和放电模式之间切换的阀。这种转换阀成本通常可超过一个附加泵。因此，这种相反的泵布置可降低系统的整体成本。
系统中所使用的泵可以是向心泵。在一些实施方式中，可优选的使用能够提供至少30升/分钟泵送速率的泵。
图1描述了作为元件119的储液器。储液器119可由对于卤素反应物惰性的材料制成。这种惰性材料的一个非限制性例子可以是聚合物材料，如聚氯乙烯（PVC）。储液器119还可以存储金属卤化物电解液。在这样的情况下，如果使用液化氯作为液化卤素反应物，那么液化氯可以由于其具有更高的密度（比重）而与金属卤化物电解液分离和/或通过在同时未决的美国专利申请第61/364631号中描述的分离装置来与金属卤化物电解液分离，该文献的公开内容在此通过引用将其全部并入本文以用于所述分离装置的教导。图1示出了在所述储液器的下部（元件126）的液化氯和在储液器中位于液化氯之上（元件125）的金属卤化物电解液。
储液器119可包括液化卤素反应物的供给管线，该供给管线可将卤素反应物提供到系统的供给管或供给集合管115。系统的卤素反应物供给管线和供给集合管之间的连接可以存在于放电泵123的前面、存在于放电泵123处或存在于放电泵123的后面。在一些实施方式中，系统的卤素反应物供给管线和供给集合管之间的连接可以包括混合文氏管。图1呈现了作为元件127的液化卤素反应物的供给管线。供给管线（例如管道或导管）127的入口可延长至储液器119的下部126，在所述储液器119的下部126可存储液化卤素反应物（例如液化氯反应物）。供给管线127的出口连接到放电泵123的入口。摄入电解液的供给管线，例如管道或导管132，可延伸至上部125，金属卤化物电解液位于上部125。
如上文所述，在一些实施方式中，储液器119可以包括分离装置，例如一个或多个槽板，所述槽板可以是，例如，带有孔的水平板。当在放电模式下液化卤素反应物返回（例如，从返回管或返回集合管120返回）到储液器119时，槽板可有助于诸如液化氯反应物之类的液化卤素反应物沉在储液器的下部126。优选地但非必须地，储液器119位于电池单体的堆叠结构103的下方。
在一些实施方式中，储液器119可以包括一个或多个隔板。这样的隔板可以是位于储液器顶部和底部的纵向板。所述隔板可减少和/或防止金属卤化物电解液和液化卤素反应物回流期间的涡流，从而加强了储液器中液化卤素与金属卤化物电解液的分离。
在一些实施方式中，放电泵可相对储液器放置，使得所述放电泵的入口/出口位于储液器中金属卤化物电解液的上水平面的下方。在一些实施方式中，放电泵的入口/出口可水平或基本水平地放置。在这样的布置中，金属卤化物电解液和液化卤素反应物的液流可在放电泵中转向90度，从在入口的水平方向转为在供给集合管或供给管115的垂直方向。在一些实施方式中，放电泵123的入口可包括承口件，所述承口件可减缓液流，从而防止/减少储液器中湍流的形成。
所述充电泵也可以这样放置：所述充电泵的入口/出口置于储液器中金属卤化物电解液的上水平面的下方。在一些实施方式中，充电泵的入口/出口可以位于比放电泵的入口/出口低的水平面。充电泵的入口/出口也可具有承口件，所述承口件可减缓液流，从而防止/减少储液器中湍流的形成。
因此，概括而言，储液器119具有：下部126，该下部可容纳诸如液化的氯分子反应物之类的液化卤素反应物；上部125，该上部可容纳金属卤化物反应物；水平的槽板；垂直的隔板；放电泵的水平入口；充电泵的水平出口和液化卤素反应物的供给管线，该供给管线在储液器的下部126有入口并且与放电泵的入口连接。槽板大致设置在金属卤化物电解液和卤素反应物之间的边界预期位于的水平面处。放电泵的的入口和充电泵的出口可穿过储液器的壁伸出。
在一些实施方式中，电化学系统可包括控制元件，例如，该控制元件可以用于控制放电泵的速率、充电泵的速率和/或向电解液供给卤素反应物的速率。这样的控制元件可以是模拟电路。图1描述了作为元件128的控制元件，其可以控制下述参数中的一个或一个以上：充电泵124的速率和放电泵123的速率和液化氯反应物通过供给管线127的供给速率。
密封容器的内部容积可具有数个加压区，各加压区具有不同压强。例如，内部容积可包括第一区和具有比第一区的压强高的压强的第二区。在一些实施方式中，第一区可以由第二、压强较高的区包裹或围绕。第一区可容纳电解液/液化的卤素反应物环路，即储液器119、电池单体103、泵123和124、集合管115、120，而第二围绕或包裹区可以是第一区和密封容器101的壁之间的空间。在图1中，电池单体103、供给集合管或供给管115、储液器119、包括储液器的上部125中的金属卤化物反应物和其下部126中的液化的卤素反应物、以及返回集合管或返回管120全部可以位于第一压强区，而压强较高的第二区可以由容器101的内部容积的区域129、130和131表示。
在这样的布置中，第一区的压强可以是足以在给定温度下液化卤素反应物的压强。这样的压强可以是：至少75psi或至少100psi或至少125psi或至少150psi或至少175psi或至少200psi或至少250psi或至少300psi或至少350psi或至少400psi，例如75psi-450psi或75psi-400psi及其任意子区间。同时，第二压强区的围绕压强可以高于第一区的最大工作压强。这样的围绕压强可以是至少75psi或至少100psi或至少125psi或至少150psi或至少175psi或至少200psi或至少250psi或至少300psi或至少350psi或至少400psi或至少450psi或至少500psi或至少550psi或至少600psi，例如75psi-650psi或200psi-650psi或400psi-650psi及其任意子区间。
所述包裹布置可提供多种优势。例如，在第一区/环路发生泄漏的情形下，所述围绕的第二区的较高压强可以使所述泄漏成分流向第一区，而不是流出第一区。而且，所述围绕的压强较高的区可减少/防止在第一区/环路的组件上的疲劳裂纹蔓延，包括由塑料制成的组件，例如集合管和储液器的壁。加压包裹布置还可允许使用较薄的密封容器外壁，然而，这可以防止变形，所述变形会对金属卤化物电解液和液化卤素反应物的内部液流几何结构有不利影响。在没有加压的第二区的情形下，可要求有较厚的外壁来防止由于无支撑结构来抵抗内部较高压强的膨胀力而导致的变形。
在一些实施方式中，密封容器的外壁可以由一个圆筒元件和两个圆形端板形成，所述两个圆形端板中的一个可以放置在圆筒元件的顶部，而另一圆形端板可以放置在底部以密封该容器。对于这样的外壁使用加压包裹布置允许使用较薄的端板，与外壁暴露在系统操作期间产生的可变压强下的情形相比不会暴露金属卤化物电解液和液化卤素反应物的内部液流几何结构。
第二压强区可填充有诸如氩或氮之类的惰性气体。在一些实施方式中，第二压强区还可容纳附加成分，该附加成分可中和从第一区泄露出的反应物（例如，卤素反应物），和/或从而修复第一区/环路的壁。这样的附加材料可以是，例如，苏打粉。因而，空间129、130和131可以填充苏打粉。
加压包裹布置的电化学系统可以按照如下制造。首先，可以制造金属卤化物电解液和液化卤素反应物的密封环路。该密封环路可以是这样：其能够维持内部压强高于在给定温度下的液化卤素的液化压强。密封环路可包括下述元件中的一种或一种以上：一个或一个以上电化学电池单体，用于储存金属卤化物电解液和液化卤素反应物的储液器；用于将金属卤化物电解液和液化卤素反应物从所述储液器递送至所述一个或一个以上电池单体的供给集合管或供给管；用于将金属卤化物电解液和液化卤素反应物从所述一个或一个以上电池单体递送回至所述储液器的返回集合管；以及一个或一个以上泵。在制造出环路之后，可以将该环路放置在容器的内侧，所述容器随后可以加压达到比环路的最大工作压强高的压强，然后密封。所述容器的加压可以通过泵送诸如氩或氮之类的惰性气体以及任选的一个或一个以上附加组分来执行。当通过圆筒元件和两个端板形成容器的壁时，密封过程可包括端板位于圆筒元件的顶部和底部。
图2图示了在放电模式下金属卤化物电解液和液化卤素反应物的液流穿过堆叠结构（例如，图1中的堆叠结构103）的水平放置的电池单体的液流通路。在图2中通过箭头表示电解液液流通路。对于堆叠结构中的每一个电池单体，液流可以从供给管或供给集合管21（图1中的元件115）开始，进入分配区22，穿过多孔“氯”电极23，在金属电极25（可包括基底和位于该基底上的可氧化金属，例如，该基底可以是钛基底或镀钌钛基底，例如，该可氧化金属可以是锌）之上，到达收集区26，通过向上的返回集合管27（图1中的元件121），并到达返回管29(图1中的元件122)。
在一些实施方式中，元件24可以放置在金属电极25的底部。在又一些其他实施方式中，可以省略这样的元件。元件24的目的可以是防止金属卤化物电解液的液流在穿过位于下面的相邻电池单体的多孔电极时接触活性金属电极。换而言之，元件24防止电解液接触每个金属电极25的一侧（例如，底侧），所以金属（例如，锌）仅镀在金属电极25的相反侧（例如，顶侧）。在一些情形下，元件24可包括聚合物材料或塑料材料。
图2还示出了挡板30。每个挡板30可以是下面更加详细描述的电池单体框架31的一部分。挡板30可以将同一电池单体的阳电极与阴电极分离。挡板30可包括电绝缘材料，该电绝缘材料可以是聚合材料，例如聚四氟乙烯（PTFE）。电池单体框架31可以由诸如PTFE之类的聚合材料制成。电池单体框架31可包括板状框架，该板状框架在彼此之上堆叠使得在电池单体框架上的开口对齐形成集合管21、27和29。然而，如果需要，也可以使用其他集合管结构。
在图2所示的结构中，金属卤化物电解液可以被推进向下流穿过多孔电极并且随后向上流以离开电池单体。这样的向下和向上液流通路可以在电解液停止流动并且供给集合管、分配区、收集区、和返回集合管干涸时使各电池单体的多孔电极和金属电极与各电池单体中剩余的金属卤化物电解液池电接触。这样的接触可允许在液流停止时维持电池单体的堆叠结构的电连续性并且可在没有持续性泵操作的情形下提供不间断电源（UPS）应用。各电池单体内的向下和向上的液流通路还可中断分路电流，否则在电解液液流停止时会出现分路电流。分路电流是不期望的，因为分路电流可导致系统中存储的能量的不期望的自放电和导致一种或一种以上活性材料（例如，诸如Zn之类的可氧化金属）在整个堆叠结构中的不利的非均匀分布。
图3A和图3B分别图示了图2所示用于保持水平放置的电化学电池单体的框架31的充电面或表面（例如底面）特征和放电面或表面（例如：顶面）特征。框架31包括充电模式入口集合管1，在充电模式期间电解液通过充电模式入口集合管1提供至电化学电池单体。如上文所述，集合管1是穿过所述框架31与其他堆叠的框架31上的类似的孔对齐以形成集合管的孔。集合管1可包括与图1和图2中所示集合管115、21相同的集合管。电解液从充电模式入口集合管1流经框架31中的液流通道40c和入口61到达电化学电池单体。在图3A所示实施方式中，充电模式入口集合管1连接至连续分为子通道（即：使各通道两次或多次地分成两条子通道的液流分开节点）的单液流通道40c以向电极23、25提供更加均匀和层流的电解液液流。在穿过电极23、25之后，电解液经由公共出口65流出电池单体进入在框架31上在充电入口集合管1的相对端或相对侧的液流通道40e。电解液从出口液流通道40e排出至公共出口（即：排液）集合管3。出口集合管3可包括分别与图1和2中所示集合管121和27相同的集合管。出口通道40e也可包括如图3A所示的液流分开节点/子通道。如图3A所示，只有充电模式入口集合管1流体连接至在框架31的充电侧的通道40c。
如图3B所示，在放电侧，放电模式入口集合管2（在图1和2中未示出）连接至放电入口通道40d而充电入口集合管1与放电入口通道40d在流动性方面隔离。公共出口（即：排液）集合管3通过在框架31的放电（即：顶部）表面上的任选的旁路通道44连接至电化学电池单体。旁路通道44和旁路出口66的操作将在下文详细说明。另外，电解液液流从通道40d和入口62穿过多孔电极23，流过电池单体的反应区并且随后通过公共出口65以及随后的出口通道40e流出至公共出口集合管3。
图4图示了图3A中通过标有“A”的框标识的部分的细节。在一种实施方式中，从每个充电模式液流通道40c进入包含电化学电池单体的中央开口空间41的入口61包括扩张部分45。扩张部分45具有比其余通道40c更大的宽度，并且可具有向着入口61持续增加的宽度（即：当从上方观察时的三角形）。扩张部分45有助于扩散电解液并且从而使穿过电极23、25的电解液具有更加均匀和层流的液流分布。在一种实施方式中，扩张部分45还包括隆起物或柱状物46。所述隆起物或柱状物46与流动的电解液相互作用以减小在入口液流处的湍流。采用这样的方式，可以为电极23、25提供更加平稳、更加呈层流的电解液液流。
图5图示了框架的堆叠结构中电化学电池单体的堆叠结构的实施方式沿图3A中的A’-A’线的截面图。A’-A’截面图从入口集合管1到出口集合管3与电化学电池单体中电解液的液流横切。在该实施方式中，框架31包括突出部33，突出部33上布置有无孔（阴）金属电极25。此外，第一电化学电池单体102a的无孔电极25通过诸如金属间隔物或碳间隔物之类的导电间隔物18与相邻电化学电池单体102b的多孔（阳）电极23隔开和连接。从而在第一电化学电池单体102a的无孔电极25和相邻电化学电池单体102b的多孔电极23之间形成电解液液流通路。而且，导电间隔物将电解液液流通路分为一系列液流通道19。
在一种实施方式中，相邻电化学电池单体单体102的电极23、25作为组件50配设。在这样的实施方式中，第一电化学电池单体102a的无孔电极25、导电间隔物18和相邻电化学电池单体单体102b的多孔电极23组装为一个单元。单个的元件可以粘接、螺接、钳接、铜焊、锡焊或以其他方式接合在一起。电极组件50的制造简化并且加速了堆叠液流电池单体装置的组装。各电极组件置于相应的框架31内，使得一个电极（例如，较大的无孔电极25）由框架31的突出部33支承，并且另一个电极（例如，较小的多孔电极23）通过另一个电极的间隔物18悬在突出部33之间的空间41中。当然电极的顺序可以颠倒并且多孔电极可以由突出部33支承。可以使用其他电极附着配置，例如螺接至或钳接至框架。具有电极23、25的框架31彼此堆叠以形成电池单体的堆叠结构103。由于各框架是堆叠的，新电池单体102a通过上框架的底部多孔电极23和相邻下框架的顶部无孔电极25之间的反应区32形成。如图5所示，同一电池单体（例如，102a）的电极23、25彼此不物理接触或电接触并且包括独立的电极组件的一部分。
图6图示了电化学电池单体的堆叠结构沿图3A中B’-B’线的截面图。该截面图是横跨充电入口集合管1穿过电化学电池单体102的堆叠结构103和公共出口排液集合管3的切面。如图示，公共出口排液集合管3位于图6左侧而充电入口集合管1位于图6的右侧。这就是说，图6是图3A的镜像（即：截面图的180度旋转），这使得图6可以方便地用于与图8至图12结合以说明液流电池中的电解液液流。具体而言，图6的截面图图示了图8中所示的充电液流配置中框架31和电池单体102的配置。
为了实现图8中所示的液流配置（在充电模式下100%的流经式（flow-by）液流），框架在框架底面配设流经式通道40c。流经式通道40c将充电入口集合管1与各电池单体的反应区32连接，使得在充电模式下100%的流入电解液横跨无孔电极25流动以在各电池单体102的各电极25顶部沉积一层锌。没有流入电解液从充电入口集合管1直接递送至多孔电极23或穿过多孔电极23进入反应区32。在电化学电池单体的充电入口集合管1的相反一侧，出口液流通道40e配设在框架31的底面以用于电解液到达公共出口排液集合管3。框架31还包括在所述框架顶面或顶表面的旁路通道44，所述旁路通道44允许在液流通道19中的电解液流出至公共出口排液集合管3。
图7是电化学电池单体的堆叠结构沿图3B的C’-C’线的截面图。图7是图3B的镜像（即：截面图的180度旋转）。该截面图对应图10所示的放电液流配置（100%流通式（flow-through）放电液流）。通道40d将框架31中的放电入口集合管2连接至在各电极组件50的间隔物18之间的液流通道19。电解液通过穿过流通式通道40d经由放电模式入口集合管2进入电池单体102，其中所述流通式通道40d配置为经由入口62和液流通道19将电解液递送至多孔电极23的顶部。因为在框架31的顶部没有连接至集合管2的流经式通道40c，所有的电解液被提供至多孔电极23的顶部。在适度的电解液液流速率下，所有电解液流动穿过多孔电极23到达下面的反应区32。电解液随后通过出口液流通道40e流出电池单体102到达公共出口排液集合管3。在较高的电解液液流速率下，部分电解液可经由旁路出口66和旁路通道44流出液流通道19到达公共出口排液集合管3，而不经过多孔电极23、反应区32和通道40e。可替换地，电池单体和框架可以倒置，使得充电模式通道40c在各框架的顶部并且放电模式通道40d在各框架的底部。
因此，如图3A、图3B、图5、图6、图8和图10所示，充电模式电解液入口61位于在第一电极23和第二电极25之间的反应区32。入口61与框架底部的通道40c连接，所述通道40c与充电模式入口集合管1连接。放电模式电解液入口62位于反应区32外部、邻近所述第一电极23的背对所述反应区32的表面。具体地，入口62位于多孔电极23之上的通道19和框架31顶部的与集合管2连接的通道40d之间。公共电解液出口65位于在第一电极23和第二电极25之间的反应区32。出口65与框架31底部的连接至集合管3的通道40e连接。
图8至图12图示了在充电模式和放电模式下具有不同液流配置的液流电池单体实施方式的侧截面图。通过在堆叠结构的电池单体中具有分离的电解液充电模式入口集合管1和放电模式入口集合管2来产生不同的液流状态。公共电解液出口集合管3可在充电模式和放电模式下使用。因此，液流电池优选地包括充电模式入口集合管1、与充电模式入口集合管1不同的放电模式入口集合管2、以及充电和放电模式公共电解液出口集合管3。优选地，公共电解液出口集合管3配置为在充电模式下和放电模式下均允许电解液离开反应区。在一种实施方式中，自充电模式入口集合管1引出的通道40c的入口61位于或直接邻近在第一电极23和第二电极25之间的反应区32。自放电模式入口集合管2引出的通道40d的入口62位于反应区32的外部、邻近所述第一电极23的背对所述反应区32的表面。将通道40e引向公共电解液出口集合管3的出口65位于或直接邻近第一电极23和第二电极25之间的反应区32。
可替换地，如果需要，可以在充电模式下和放电模式下使用分离的出口。图8、图9A、图9B、图9C和图9D图示了用于充电模式的不同液流配置。图10、图11A和图11B图示了用于放电模式的不同液流配置。图12A、图12B和图12C图示了在含有分段电极23、25的电池单体中用于充电模式和放电模式的液流配置。
如上文所述，图8、图9A、图9B、图9C和图9D图示了充电模式下的电解液液流。在图8所示实施方式中，电解液液流配置为处于100%的“流经式”模式。在充电模式流经式模式，电解液从集合管1流动穿过充电入口61直接进入反应区32。也就是说，电解液流经第一电极23和第二电极25而不会穿过上述两个电极中的任一电极。在穿过反应区32之后，电解液经由出口65流出液流电池单体102到达通道40e并随后进入公共出口集合管3。
在图9A所示实施方式中，大部分电解液以充电模式流经式模式流动而小部分电解液以充电模式“流通式”模式流动。在充电模式流通式模式下，电解液流动穿过多孔电极23。在该实施方式中，在充电模式下电解液从集合管2经由入口62提供至多孔电极23的顶部并且在重力作用下向下流动穿过多孔电极23进入反应区32。像在前的实施方式那样，电解液经由出口65流出液流电池单体102进入通道40e并且随后进入公共出口集合管3。可替换地，如果电解液经由集合管1提供至多孔电极23的顶部，那么在集合管1和框架31顶部的通道40d之间增加了单独的开口。
图9B所示的实施方式类似于图9A所示的实施方式。但是，在该实施方式中，在液流电池单体的充电循环期间，大部分电解液以充电模式流通式模式提供至液流电池单体102。在充电期间，小部分电解液以充电模式流经式提供。因此，在该实施方式中，至少部分电解液以充电模式流经式模式提供。
在图9C中，电解液从充电模式入口集合管1经由框架31上的流经式通道40c和入口61提供至液流电池单体102。大部分电解液以充电模式流经式模式横跨金属电极25流动。但是，不像图8所示实施方式，电解液液流的速率是这样的：小部分电解液向上流过多孔电极23并经由旁路通道44流出进入集合管3。
图9D所示的实施方式类似于图9C所示实施方式。但是，在该实施方式中，电解液的液流速率、出口液流通道40e和旁路通道44的相对尺寸是这样的：大部分电解液在充电模式下向上流动穿过多孔电极23并经由旁路通道44流出进入集合管3。在此实施方式中，小部分电解液横跨无孔电极25流动经由出口65和通道40e流出。
如上文所述，图10和图11A至图11B图示了在放电模式下的电解液液流。放电模式下的液流配置类似于充电模式下的液流配置。然而，在放电模式期间，至少部分电解液流动穿过多孔电极23。在图10所示实施方式中，电解液以100%放电流通式模式流动。也就是说，100%的电解液从放电入口集合管2流动穿过通道40d和19以及多孔电极23进入反应区32。在穿过反应区32之后，电解液经由出口65和通道40e流出液流电池单体102到达公共出口排液集合管3。
在图11A所示的放电模式实施方式中，大部分电解液以放电流通式模式提供（即：从集合管2穿过通道40d和19并穿过多孔电极23），而小部分电解液以放电流经式模式提供（即：在电极23和25之间进入反应区32）。在图11B所示放电模式实施方式中，大部分电解液以放电流经式模式提供，而小部分电解液以放电流通式模式提供。在流通式模式中，电解液可经由集合管1提供。可替换地，如果电解液经由集合管2提供，那么在集合管2和通道40c之间配设了附加的开口。
在图11A、图11B和图11C所示实施方式中，电极23、25是分段的。即，电极23、25包括多个分离的电极部件23a、23b、25a、25b，而不是制作为单独的整体元件。在该实施方式中，一个或一个以上公共出口排液集合管3（例如，在电极部件分段之间的对齐的出口开口或孔）配设在分离的电极部件23a、23b、25a、25b之间。公共出口排液集合管3可以配设于第一电极23、第二电极25或配设于电极23、25二者。对于当从上方观察时具有圆形形状的电极，公共出口排液集合管3可以位于中央，而电极部件包括围绕公共出口排液集合管3布置的楔形分段。
图12A所示液流配置为在充电模式下100%流经式，而图12B所示液流为在放电模式下100%流通式。但是，如图9A和图9B所示的在前实施方式中那样，充电模式液流可配置为部分流经式且部分流通式。而且，如图10A和图10B所示的在前实施方式中那样，放电模式液流可配置为部分流经式且部分流通式。
图12C图示了具有分段电极23、25的另一充电模式实施方式。在此实施方式中，类似于图9C所示实施方式，电解液以相对高的液流速率直接提供至反应区32。大部分电解液以充电模式流经式模式流动，而部分电解液被迫向上穿过多孔电极23。在此实施方式中，大部分电解液经由出口65和通道40e直接流出液流电池102到达公共出口排液集合管3，而部分电解液穿过旁路通道44到达公共出口排液集合管3。
如上文所述，发明人发现了通过在充电模式和放电模式下提供不同的液流配置，可以实现更为平坦、更为平滑且更为密实的金属电镀。在图8至图9和图10至图11中所示的不同充电和放电模式液流配置可以按照在这些图中标有4、5和6的连接线所示进行组合。在图9C和图9D中所示的充电模式液流配置可与图10、图11A和图11B中所示的放电液流配置组合。
例如，如箭头4所示，图8所示100%流经式充电模式实施方式可与图10的100%流通式放电模式实施方式、图11A的大部分流通式放电模式实施方式或图11B的小部分流通式放电模式实施方式组合。因此，在液流电池的一种实施方式中，充电模式入口集合管1配置为以充电模式流经式模式将全部电解液提供至反应区32，而放电模式入口集合管2配置为以放电模式流经式模式不提供任何电解液进入反应区32。可替换地，放电模式入口集合管2配置为以放电模式流通式模式将全部或部分电解液提供至反应区32并且以放电模式流经式模式将部分电解液提供至反应区32。
可替换地，如通过箭头5所示，图9A所示的大部分流经式充电模式实施方式可以与图10所示的100%流通式放电模式实施方式或图11A所示的大部分流通式放电模式实施方式组合。因此，在一种实施方式中，充电模式入口集合管1配置为以充电模式流经式模式将大部分电解液提供至反应区32，放电模式入口集合管2配置为以放电模式流通式模式将全部电解液提供至反应区32。可替换地，充电模式入口集合管1配置为以充电模式流经式模式将大部分电解液提供至反应区32，放电模式入口集合管2配置为以充电模式流经式模式将小部分电解液提供至反应区32并且以放电模式流通式模式将其余的电解液提供至反应区32。
可替换地，如箭头6所示，图9B所示的小部分流经式实施方式可与图10所示的100%流通式放电模式实施方式或图11B所示的小部分流通式放电实施方式组合。因此，在一种实施方式中，充电模式入口集合管1配置为以充电模式流经式模式将小部分电解液提供至反应区32，放电模式入口集合管2配置为以放电模式流通式模式将全部电解液提供至反应区32。可替换地，充电模式入口集合管1配置为以充电模式流经式模式将小部分电解液提供至反应区32，放电模式入口集合管2配置为将小部分电解液提供至反应区32。
图9C和图9D所示的充电模式实施方式可与图10、图11A或图11B所示放电模式实施方式中的任一实施方式组合。因此，在充电模式下，电解液可首先以充电模式流经式模式提供，电解液的后续部分以充电模式流通式模式向上流动穿过多孔电极提供，而在放电模式下，电解液可以以100%放电模式流通式模式（图10）、大部分放电模式流通式模式（图11A）或小部分放电模式流通式模式（图11B）提供。
如上文所述，术语“大部分”表示按体积大于电解液的50%，例如按体积的51%-99%，例如，按体积的60%-90%。术语“小部分”表示按体积小于电解液的50%，例如按体积的1%-49%，例如，按体积的10%-40%。
在图12A、图12B和图12C分别所示的分段电极充电和放电模式液流配置可以像图8至图9和图10至图11所示的实施方式类似地那样进行组合。也就是说，100%流经式充电模式实施方式可与100%流通式放电模式实施方式、大部分流通式放电模式实施方式或小部分流通式放电模式实施方式组合。可替换地，大部分流经式充电模式实施方式可与100%流通式放电模式实施方式或大部分流通式放电模式实施方式组合。可替换地，小部分流经式充电模式实施方式可与100%流通式放电模式实施方式或小部分流通式放电模式实施方式组合。此外，图8至图11所示的实施方式可与图12A、图12B和图12C所示的实施方式组合。也就是说，第一电极23或第二电极25中的任意一者可以是单独的整体电极而另一者是分段的。
概言之，如上所述，液流电池配置为具有充电模式下的第一电解液液流配置和放电模式下的第二电解液液流配置。第一电解液液流配置至少部分地不同于第二电解液液流配置。在充电模式下，至少部分电解液从充电模式入口集合管1提供进反应区32并且从反应区32提供进公共电解液出口集合管3。在放电模式下，至少部分电解液从放电模式入口集合管2提供进反应区32并且从反应区32提供进公共电解液出口集合管3。因此，所述液流电池与以相同的第一液流配置和第二液流配置工作的电池相比可以以较高的电流和库伦效率工作。
图13A至图13C图示了本发明的可替换的实施方式，其在框架中包含两个储液器和两个出口集合管替换。图13A和图13B分别示出了该可替换实施方式的框架31的充电侧和放电侧。图13A和图13B所示框架类似于图3A和图3B所示框架，除了公共出口集合管3替换为不同的并且分离的充电模式出口集合管3A和放电模式出口集合管3B。虽然集合管3A和3B被称作“充电”和“放电”模式出口集合管，但使用这些名称仅为了方便。如下文将详细描述的那样，两个集合管均优选地用于充电模式，并且仅“充电”模式出口集合管用于放电模式。
如图13A所示，充电模式出口集合管3A和放电模式出口集合管3B可并排设置在框架31的与相应的充电模式入口集合管1和放电模式入口集合管2相对的一侧。图13A和图13B中，入口集合管1、2，通道40c、40d和入口61、62分别与前述的图3A和3B中的相同。
但是，在图13A中，充电模式电解液出口65配置为在充电模式和放电模式下均通过流出通道40e将离开反应区的电解液提供至充电模式出口集合管3A（而不是进入公共集合管）。如图13B所示，放电模式电解液出口66配置为在充电模式下通过放电模式出口通道44将离开反应区的电解液提供至放电模式出口集合管3B。因此，在图13B中，通道44称为放电模式出口通道而不是旁路通道44，因为图13B中的通道44与不同于通道40e的出口集合管3B连接。
如图13A所示，类似于图3A中所示的出口65和通道40e，充电模式电解液出口65位于可渗透电极和不可渗透电极之间的反应区，通道40e位于框架31的第一侧或“充电”侧。如图13B所示，放电模式电解液出口66位于反应区的外部、邻近所述第一电极的背对所述反应区的表面，通道44位于框架31的相反的第二侧或“放电侧”。多个充电模式出口通道40e与由框架的堆叠结构上的一组对齐的开口构成的充电模式出口集合管3A连接，而一个或一个以上放电模式出口通道44与由框架的堆叠结构上的不同的对齐的开口构成的放电模式出口集合管3B连接。
优选地，如图13C所示，图13A和3B所示的配置与分离的电解液储液器一起使用。图13C所示的液流电池系统1300包括前文所述的液流电池单体的堆叠结构103，所述堆叠结构103分别流体连接至分离的低溶解氯储液器119A和富溶解氯储液器119B。为了包括使用除了氯之外的卤素的液流电池，储液器119A一般可称为“低液化卤素反应物电解液储液器”，所述储液器119A包括配置为选择性积蓄电解液（例如，氯化锌）的容积，储液器119B可称为“富液化卤素反应物电解液储液器”，所述储液器119B包括配置为除了积蓄电解液之外还选择性积蓄液化卤素反应物（例如，溶解的氯）的容积。换句话说，储液器119A容纳电解液（例如，氯化锌），该电解液包含的液化卤素反应物（例如，溶解的氯）比储液器119B中的电解液包含的少。
系统1300还包括与充电模式入口集合管1流体连接的充电模式泵123和与放电模式入口集合管2连接的放电模式泵124。
充电模式入口集合管1和充电模式出口集合管3A与低液化卤素反应物电解液储液器119A流体连通但是不与富液化卤素反应物电解液储液器119B流体连通。例如，充电模式供给管线133延伸进入储液器119A并与集合管1连接，而集合管3A的出口输进储液器119A。
放电模式入口集合管2和放电模式出口集合管3B与富液化卤素反应物电解液储液器119B流体连通但是不与低液化卤素反应物电解液储液器119A流体连通。例如，放电模式供给管线132/127延伸进入储液器119B并且与集合管2连接，而集合管3B的出口输进储液器119B。
液流电池系统1300参照图13C如下述的那样进行工作。在充电模式下，电解液从充电模式电解液入口61提供至各液流电池单体的反应区32（参见图5），并且从反应区32提供至图13A和图13B分别所示的充电模式电解液出口65和放电模式电解液出口66二者。优选地，全部电解液（例如在充电模式操作期间在液流电池单体中使用的低溶解氯的氯化锌电解液）利用充电模式泵123从低液化卤素反应物电解液储液器119A穿过充电模式入口导管1、充电模式入口通道40c和充电模式电解液入口61进入反应区32。然后电解液从反应区穿过充电模式电解液出口65、充电模式出口通道40e和充电模式出口导管3A进入低液化卤素反应物电解液储液器119A，并且穿过可渗透电极23、放电模式电解液出口66、通道44和放电模式出口导管3B进入富液化卤素反应物电解液储液器119B。
在放电模式下，电解液从放电模式电解液入口62进入反应区32，并且从反应区32进入充电模式电解液出口65。优选地，在放电模式操作期间，在液流电池单体中使用富溶解氯的氯化锌电解液。在充电模式期间，所述电解液从储液器119B提供并且所述电解液具有比从储液器119A提供的低溶解氯的氯化锌电解液更多的溶解氯（例如，2-10倍以上的溶解氯）。因此，低溶解氯储液器119A可称为“充电模式储液器”，富溶解氯储液器119B可称为“放电模式储液器”。
优选地，在放电模式操作期间，在液流电池单体中使用的全部电解液（例如，富溶解氯电解液）使用放电模式泵124从富液化卤素反应物电解液储液器119B穿过放电模式入口导管2、放电模式入口通道40d、放电模式电解液入口62并且穿过多孔电极23进入反应区32。然后电解液从反应区32穿过充电模式电解液出口65、出口通道40e和充电模式出口导管3A提供至低液化卤素反应物电解液储液器119A。
这样，在充电模式下，全部电解液（即，低氯电解液）从储液器119A经由集合管1进入堆叠结构103，但是通过出口集合管3A和3B二者离开堆叠结构103进入相应的储液器119A和119B。电解液在流出堆叠结构时分离，使得低溶解氯的部分从反应区经由出口65和集合管3A提供至储液器119A，而富溶解氯的部分穿过可渗透电极23经由出口66和集合管3B提供至储液器119B。与之相比，在放电模式下，全部电解液（例如，富溶解氯电解液）从储液器119B经由集合管2进入堆叠结构103并且仅通过出口集合管3A离开堆叠结构103（作为低溶解氯电解液）进入其相应的储液器119A。在放电模式下放电出口集合管3B可通过关闭集合管3B的阀67对堆叠结构103关闭。在充电模式期间可开启阀67。因此，如上文所述，在该实施方式中关于集合管、通道和出口的术语“充电”和“放电”仅为方便起见而提供，因为放电液流贯穿充电模式和放电模式。
概言之，参照图13C，在充电模式，充电入口集合管1从储液器或槽119A抽吸电解液。电解液经由入口61进入堆叠结构103中的电池单体并且使用如图9C或图9D所示的液流配置进行引导。两个电极23、25之间的液流电池单体反应区32中流动的电解液的低氯部分经由出口65流出电池单体并且被导向充电出口集合管3A。流经充电出口集合管3A的电解液的溶解Cl2含量低并且朝向槽119A移动。流动穿过如图9C或9D所示的多孔电极23的富氯电解液经由出口66流出电池单体并且被导向放电出口集合管3B。流经放电出口集合管3B的电解液的溶解Cl2含量高并且朝向储液器或槽119B移动。
在放电模式下，放电入口集合管2从槽119B抽吸富溶解Cl2电解液。电解液经由入口62进入堆叠结构103中的电池单体并且使用如图10所示的液流配置进行引导。电解液经由出口65流出并且被导向充电出口集合管3A。经由充电出口集合管3A流出堆叠结构的电解液中溶解Cl2的含量低并且朝向槽119A移动。
因此，参照图9C、图9D和图13A，充电模式电解液入口61配置为在充电模式下将全部电解液提供至反应区32，放电模式电解液入口62配置为在充电模式下不提供电解液进入反应区。如图10和图13A所示，放电模式电解液入口62配置为在放电模式下将全部电解液提供至反应区32，充电模式电解液入口61配置为在放电模式下不提供电解液进入反应区。
如图9C、图9D和图13A所示，充电模式电解液出口65配置为在充电模式下将离开反应区32的电解液的低液化卤素反应物部分提供至低液化卤素反应物电解液储液器119A。如图9C、图9D和图13A所示，放电模式电解液出口66配置为在充电模式下将来自反应区的电解液的富液化卤素反应物部分提供至富液化卤素反应物电解液储液器119B（例如，因为阀67是开启的）。
放电模式电解液出口66配置为在放电模式下不提供反应区32的电解液（例如，因为阀67是关闭的），充电模式电解液出口65配置为在放电模式下将反应区32的全部电解液（包括低液化卤素反应物电解液）提供至低液化卤素反应物电解液储液器119A。
图14至图17图示了电极组件50的可替换实施方式，所述电极组件50包括具有可变间隙高度的液流通道19。具体而言，在该实施方式中，通道间隙的高度在更靠近通向液流通道入口的部分比更靠近液流通道出口的部分高。在一种配置中，如图14A和图14B所示，可以通过提供倾斜的液流通道插入件201进入每个液流通道19来改变液流通道间隙高度。
图14A是根据可替换实施方式的电化学电池单体的堆叠结构沿图3A中的A’-A’线的截面图。图14B是电化学电池单体的堆叠结构沿图14A的D’-D’线的截面图。图14A的堆叠结构与图5所示堆叠结构不同，其不同在于图14中的堆叠结构与图5中的堆叠结构相比是上下颠倒的设置。因此，在图14A的每一个电极组件50中，当堆叠结构竖直布置时多孔电极23位于无孔电极25上方。相反地，在图5的每一个电极组件50中，当堆叠结构竖直布置时，多孔电极23位于无孔电极25下方。
图14A和图14B所示的配置可以与任何金属卤化物电解液（例如氯化锌电解液或溴化锌电解液）一起使用。在非限制性的示例性配置中，可替换实施方式的堆叠结构可与大气压强下（例如，1个大气压）水性的溴化锌电解液一起使用，而不使用外部增压容器。
如图14A和图14B所示，插入件201靠在各电极组件50的液流通道19中的无孔电极25上。如图15A所示，插入件201可包括一端厚于相对一端的塑料的或另外的电绝缘插入件（例如，陶瓷、玻璃等）。
插入件的邻近放电模式电解液入口62的第一部分201A比该插入件的邻近公共电解液出口65的第二部分201B薄。优选地，如图14B所示，部分201A和部分201B具有与位于相应的入口62和出口65下方的框架30的邻近部分大约相同的厚度。各液流通道19在插入件的第一部分201A之上的间隙大于在插入件201的第二部分201B之上的间隙。在入口62端的液流通道19的间隙高度19A可以比在出口65/44端的间隙高度19B小2-5倍，例如3-4倍（例如3倍）。例如，间隙高度19A可以是0.2mm至10mm，例如0.7mm至3mm（例如1.5mm），而间隙高度19B可以是0.1mm至2mm，例如0.25mm至0.75mm（例如0.5mm）。
插入件201具有倾斜的顶表面203。可以使用各种倾斜配置。例如，顶表面203可具有如图16A所示的恒定的坡度、如图16B所示的多个离散的坡度（例如，在入口处坡度较陡和在出口处坡度较小）或如图16C所示的平滑可变的倾斜坡度。可以通过选择期望坡度的插入件201的顶表面203来调节液流通道间隙的精确形状从而实现期望的液流特性。
插入件201可以插入导电间隔物18之间的液流通道19，使得液流通道19的开口部分（即：所述间隙）位于插入件201的顶表面203和多孔电极23的底面之间，如图15B所示。因而，如图14A所示，具有两个间隔物18的组件50可以包含3个插入件201。一个中间的插入件201位于两个间隔物18之间并且两个端部插入件201位于电池单体框架30和间隔物18之一之间。
插入件201可以通过重力（即：平躺在电极25上）、摩擦力（即：楔入间隔物18之间、间隔物18和框架30之间、或无孔电极25和多孔电极23之间）、粘合（例如，位于电极25和插入件201的底面之间的粘合剂层）、和/或机械紧固件（例如，螺栓、钳具等）保持在组件的适当位置。图14A中通过虚线所示的特写区域“E”示出了如何通过向上弯曲相对柔性的插入件边缘的摩擦力（例如，在间隔物18和框架30之间的摩擦力）使插入件201楔入适当位置。可替换地，插入件可以具有由水平连接部分连接的两个竖直翼部的“U”形横截面形状。所述翼部提供与相邻装置元件的摩擦接触。
尽管在图14和图15中示出了条状插入件201，然而可以使用其他实施方式形成可变高度间隙的液流通道19。例如，可以使用单板状插入件代替如图14A所示的在每个组件50中使用的多个条状插入件。所述板状插入件可包括具有容纳间隔物18的贯通裂口的绝缘板。在该配置中，间隔物18伸出盘状插入件的贯通裂口。
在另一配置中，省略了分离的插入件201，并且无孔电极25可具有不均匀的高度或厚度（即：靠近出口处较厚并且靠近入口处较薄）以使液流通道具有不均匀的间隙高度。因此，除了使用图16A-图16C所示的具有倾斜的顶表面203的插入件之外，无孔电极25可具有图16A至图16C所示的形状。
由于压力和动量效应，当使用均匀高度的液流通道19时，反应物（例如，电解液等）液流具有流向多孔电极23的出口65端的趋势。如图14B中的箭头所示，给液流通道19添加高度倾斜的形状可通过增加沿液流通道19长度（从放电模式入口62端向公共出口65和旁路通道44端）方向的流体阻力来帮助改善穿过多孔电极23的反应物液流的均匀度从而抵抗靠近出口有较高反应物液流的趋势。穿过多孔电极23的均匀反应物液流对于在最小化所需总液流同时维持充足的反应物供应非常重要，并且也可改善电镀质量和电极耐久性。
图17是对于单液流电池的电池单体作为沿液流通道的距离x（以mm为单位）的函数计算出的电解液垂直液流速率（Vy）（以mm/s为单位）的图。线210示出了4mm高的具有均匀高度（即，没有插入件）的液流通道19的液流速率。100%的反应物液流从放电模式入口62提供进通道19，100%的反应物液流从公共出口65流出电池单体（即，没有反应物液流穿过旁路44）。线212示出了1.5mm高的具有均匀高度（即，没有插入件）的液流通道19的液流速率。100%的反应物液流从放电模式入口62提供进通道19，100%的反应物液流从从公共出口65流出电池单体（即，没有反应物液流穿过旁路44）。线214示出了具有不均匀间隙高度并且包括插入件201的液流通道19的液流速率。插入件201具有如图16B所示的具有两离散坡度的楔形形状。液流通道19在中心处高度为1.5mm并且在出口端高度为0.5mm。100%的反应物液流从放电模式入口62提供进通道19并且100%反应物液流从公共出口65流出电池单体（即，没有反应物液流穿过旁路44）。可以看出，具有倾斜的（不均匀的）间隙高度的液流通道的速率曲线214比具有均匀间隙高度的液流通道的曲线210、212更加均匀。
在另外的实施方式中，通过使电解液在放电模式穿过充电模式入口61和放电模式入口62二者流进电池单体并且穿过公共出口65和旁路44流出电池单体，可以获得横穿液流通道19的均匀液流分布。例如，穿过充电模式入口61与穿过放电模式入口62的反应物体积液流比率可以是10%-30%：90%-70%，例如20%：80%。穿过公共出口65与穿过旁路44的反应物体积液流比率可以是85%-95%：15%-5%，例如90%/10%。优选地，穿过充电模式入口61和放电模式入口62的反应物体积液流比率以及穿过公共出口65和旁路44的反应物体积液流比率在充电操作模式和放电操作模式是相同的。这种配置的优点是不需要阀从充电模式切换至放电模式。
优选地，穿过充电模式入口61的体积液流小于穿过公共出口65的体积液流。这种配置的优点是不需要用于均匀液流分布的阀。
尽管上文提到了特定的优选实施方式，应当理解本发明并不限于此。本领域普通技术人员应想到可以对所披露的实施方式作出各种修改并且这样的修改认定为在本发明的范围内。本文引用的所有出版物、专利申请和专利在此通过引用将其全部并入本文。

Claims (30)

1.一种液流电池，包括：
第一电极；
第二电极；
位于所述第一电极和所述第二电极之间的反应区；
充电模式电解液入口；
与所述充电模式电解液入口不同的放电模式电解液入口；以及
充电和放电模式公共电解液出口；
其中：
所述液流电池配置为具有充电模式下的第一电解液液流配置和放电模式下的第二电解液液流配置；并且
所述第一电解液液流配置至少部分地不同于所述第二电解液液流配置。
2.如权利要求1所述的液流电池，其中：
所述第一电极、所述第二电极、以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区组成液流电池单体；
所述液流电池单体位于液流电池单体的堆叠结构中；
多个导电间隔物电连接所述液流电池单体的堆叠结构中的一个液流电池单体的第一电极和所述液流电池单体的堆叠结构中的相邻液流电池单体的第二电极；
多个液流通道位于所述导电间隔物之间；
所述多个液流通道中的每一者具有不均匀的间隙高度；
所述第一电极包括在放电模式下充当阳电极的可渗透电极；
所述第二电极包括在放电模式下充当阴电极的不可渗透的可氧化金属电极；并且
所述电解液包括水性溴化锌电解液。
3.如权利要求1所述的液流电池，其中：
所述第一电极包括在放电模式下充当阳电极的可渗透电极；
所述第二电极包括在放电模式下充当阴电极的不可渗透的可氧化金属电极。
4.如权利要求3所述的液流电池，其中：
所述充电模式电解液入口位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区；
所述放电模式电解液入口位于所述反应区的外部、邻近所述第一电极的背对所述反应区的表面；
所述公共电解液出口位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区。
5.如权利要求4所述的液流电池，其中：
所述充电模式电解液入口与第一框架的第一表面中的多个充电模式入口通道连接，所述第一框架支承电池单体的至少一个电极；
所述放电模式电解液入口与所述第一框架的第二表面中的多个放电模式入口通道连接，所述第一框架的第二表面在所述第一框架的第一表面的对面；
所述公共电解液出口与所述第一框架的第一表面中的多个出口通道连接。
6.如权利要求5所述的液流电池，其中：
所述液流电池包括串联电连接的水平液流电池单体的竖直堆叠结构，和支承所述液流电池单体的堆叠结构的框架的堆叠结构；
每一个液流电池单体包括一个第一电极和一个第二电极；
所述多个充电模式入口通道与充电模式入口集合管连接，所述充电模式入口集合管通过所述框架的堆叠结构中的第一对齐开口形成；
所述多个放电模式入口通道与放电模式入口集合管连接，所述放电模式入口集合管通过所述框架的堆叠结构中的第二对齐开口形成；
所述多个出口通道与公共出口集合管连接，所述公共出口集合管通过所述框架的堆叠结构中的第三对齐开口形成；
所述液流电池单体的堆叠结构与包含第一容积和第二容积的储液器分离地设置；
所述第一电极包括多孔镀钌钛；并且
所述第二电极包括钛，所述钛在充电模式期间用锌进行涂覆。
7.如权利要求6所述的液流电池，还包括：
充电模式泵，与所述充电模式入口集合管连接；
放电模式泵，与所述放电模式入口集合管连接；
至少一个旁路通道，位于所述第一框架的第二表面并且与所述公共出口集合管连接；
多个导电间隔物，电连接所述液流电池单体的堆叠结构中的一个液流电池单体的第一电极和所述液流电池单体的堆叠结构中的相邻液流电池单体的第二电极；以及
多个液流通道，位于所述导电间隔物之间并且位于各电池单体内所述第一电极的上方，使得所述放电模式电解液入口与所述多个液流通道连接。
8.如权利要求4所述的液流电池，其中：
所述充电模式电解液入口配置为在充电模式下将全部电解液提供至所述反应区，所述放电模式电解液入口配置为在充电模式下不将电解液提供至所述反应区；以及
所述放电模式电解液入口配置为在放电模式下将全部或部分的电解液提供至所述反应区，所述充电模式电解液入口配置为在放电模式下不将电解液提供至所述反应区或将部分电解液提供至所述反应区。
9.如权利要求4所述的液流电池，其中：
所述充电模式电解液入口配置为在充电模式下将大部分电解液提供至所述反应区，所述放电模式电解液入口配置为在充电模式下将小部分电解液提供至所述反应区；以及
所述放电模式电解液入口配置为在放电模式下将全部或大部分电解液提供至所述反应区，所述充电模式电解液入口配置为在放电模式下不将电解液提供至所述反应区或将小部分电解液提供至所述反应区。
10.如权利要求4所述的液流电池，其中：
所述充电模式电解液入口配置为在充电模式下将小部分电解液提供至所述反应区，所述放电模式电解液入口配置为在充电模式下将大部分电解液提供至所述反应区；以及
所述放电模式电解液入口配置为在放电模式下将全部或小部分电解液提供至所述反应区，所述充电模式电解液入口配置为在放电模式下将大部分电解液提供至所述反应区。
11.如权利要求3所述的液流电池，其中：
所述充电模式电解液入口位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区；
所述放电模式电解液入口位于所述反应区外部、邻近所述第一电极的背对所述反应区的表面；
所述第一电极和所述第二电极中的至少一者包括分段电极；并且
所述公共电解液出口包括位于第一分段电极和第二分段电极中的至少一者的开口。
12.如权利要求11所述的液流电池，其中：
所述第一电极和所述第二电极均包括分段电极；
所述公共电解液出口包括位于所述第一分段电极的第一开口和位于所述第二分段电极的第二开口；
所述第一电极包括可渗透的分段并且所述第一电极在放电模式下充当阳电极；以及
所述第二电极包括不可渗透的可氧化金属分段并且所述第二电极在放电模式下充当阴电极。
13.一种液流电池，包括：
串联电连接的水平液流电池单体的竖直堆叠结构，和支承所述液流电池单体的堆叠结构的框架的堆叠结构，每一个液流电池单体包括：
第一电极，包括可渗透电极且在放电模式下充当阳电极，所述可渗透电极包括多孔镀钌钛；以及
第二电极，包括不可渗透的电极且在放电模式下充当阴电极，所述不可渗透的电极包括钛，所述第二电极在充电模式期间用锌进行涂覆；以及
位于所述第一电极和所述第二电极之间的反应区；
充电模式电解液入口，位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区，并与位于第一框架的第一表面的多个充电模式入口通道连接，所述第一框架支承电池单体的至少一个电极，所述充电模式电解液入口配置为在充电模式下将电解液提供至所述反应区；
与所述充电模式电解液入口不同的放电模式电解液入口，位于所述反应区外部、邻近所述第一电极的背对所述反应区的表面，并与位于所述第一框架的第二表面的多个放电模式入口通道连接，所述第一框架的第二表面在所述第一框架的所述第一表面的对侧，所述放电模式电解液入口配置为在放电模式下将电解液提供至所述反应区；
充电模式电解液出口，位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区并与位于所述第一框架的第一表面的多个充电模式出口通道连接，所述充电模式电解液出口配置为在充电模式和放电模式下使电解液离开所述反应区；以及
与所述充电模式电解液出口不同的放电模式电解液出口，位于所述反应区外部、邻近所述第一电极的背对所述反应区的表面，并与位于所述第一框架的第二表面的至少一个放电模式出口通道连接，所述放电模式电解液出口配置为在充电模式下使电解液离开所述反应区；
充电模式入口集合管，其通过所述框架的堆叠结构中的第一对齐开口形成并与所述多个充电模式入口通道连接；
放电模式入口集合管，其通过所述框架的堆叠结构中的第二对齐开口形成并与所述多个放电模式入口通道连接；
充电模式出口集合管，其通过所述框架的堆叠结构中的第三对齐开口形成并与所述多个充电模式出口通道连接；
放电模式出口集合管，其通过所述框架的堆叠结构中的第四对齐开口形成并与所述至少一个放电模式出口通道连接；
低液化卤素反应物电解液储液器，其包括配置为选择性积蓄电解液的第一容积；
分离的富液化卤素反应物电解液储液器，其包括配置为选择性积蓄液化卤素反应物的第二容积；
充电模式泵，与所述充电模式入口集合管连接；以及
放电模式泵，与所述放电模式入口集合管连接；
其中：
所述液流电池配置为具有充电模式下的第一电解液液流配置和放电模式下的第二电解液液流配置；
所述第一电解液液流配置至少部分地不同于所述第二电解液液流配置；
所述充电模式入口集合管和所述充电模式出口集合管与所述低液化卤素反应物电解液储液器流体连通但不与所述富液化卤素反应物电解液储液器流体连通；
所述放电模式入口集合管和所述放电模式出口集合管与所述富液化卤素反应物储液器流体连通但不与所述低液化卤素反应物电解液储液器流体连通；
所述充电模式电解液入口配置为在充电模式下将全部电解液提供至所述反应区，所述放电模式电解液入口配置为在所述充电模式下不将电解液提供至所述反应区；
所述放电模式电解液入口配置为在放电模式下将全部电解液提供至所述反应区，所述充电模式电解液入口配置为在放电模式下不将电解液提供至所述反应区；
所述充电模式电解液出口配置为在充电模式下使电解液的低液化卤素反应物的第一部分从所述反应区提供至所述低液化卤素反应物电解液储液器，所述放电模式电解液出口配置为在充电模式下将电解液的富液化卤素反应物的第二部分从所述反应区提供至所述富液化卤素反应物电解液储液器；
所述放电模式电解液出口配置为在放电模式下不从所述反应区提供电解液，所述充电模式电解液出口配置为在放电模式下将包括低液化卤素反应物电解液的全部电解液从所述反应区提供至所述低液化卤素反应物电解液储液器；
所述电解液包括水性氯化锌电解液；并且
所述液化卤素反应物包括液化氯反应物。
14.一种操作液流电池的方法，包括：
使电解液在充电模式下以第一液流配置流动；以及
使所述电解液在放电模式下以第二液流配置流动，所述第一液流配置至少部分地不同于所述第二液流配置；
其中：
所述液流电池包括液流电池单体，所述液流电池单体包括第一电极、第二电极、以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的反应区；
所述液流电池单体位于液流电池单体的堆叠结构中；
多个导电间隔物电连接所述液流电池单体的堆叠结构中的一个液流电池单体的第一电极和所述液流电池单体的堆叠结构中的相邻液流电池单体的第二电极；
多个液流通道位于所述导电间隔物之间；
充电模式电解液入口位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区；
放电模式电解液入口位于所述反应区的外部、邻近所述第一电极的背对所述反应区的表面；
公共电解液出口位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区。
15.如权利要求14所述的方法，其中，
所述第一电极包括在放电模式下充当阳电极的可渗透电极；
所述第二电极包括在放电模式下充当阴电极的不可渗透的可氧化金属电极；
所述多个液流通道中的每一者具有不均匀的间隙高度。
16.如权利要求14所述的方法，其中，
在所述液流电池单体中所述第一液流配置不同于所述第二液流配置；
在充电模式下，全部电解液在该充电模式下从所述充电模式电解液入口提供至所述反应区并且没有电解液从所述放电模式电解液入口穿过所述第一电极提供至所述反应区；并且
在放电模式下，全部或部分电解液从所述放电模式电解液入口穿过所述第一电极提供至所述反应区并且没有电解液或部分电解液从所述充电模式电解液入口提供至所述反应区。
17.如权利要求14所述的方法，其中，
在所述液流电池单体中所述第一液流配置部分地不同于所述第二液流配置；
在充电模式下，大部分电解液从所述充电模式电解液入口提供至所述反应区，小部分电解液从所述放电模式电解液入口穿过所述第一电极提供至所述反应区；并且
在放电模式下，全部或大部分电解液从所述放电模式电解液入口穿过所述第一电极进入所述反应区并且没有电解液或小部分电解液从所述充电模式电解液入口提供至所述反应区。
18.如权利要求14所述的方法，其中，
在所述液流电池单体中所述第一液流配置部分地不同于所述第二液流配置；
在充电模式下，小部分电解液从所述充电模式电解液入口提供至所述反应区并且大部分电解液从所述放电模式电解液入口穿过所述第一电极提供至所述反应区；并且
在放电模式下，全部或小部分电解液从所述放电模式电解液入口穿过所述第一电极提供至所述反应区并且大部分电解液从所述充电模式电解液入口提供至所述反应区。
19.如权利要求14所述的方法，其中，
所述充电模式电解液入口位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区；
所述放电模式电解液入口位于所述反应区外部、邻近所述第一电极的背对所述反应区的表面；
所述第一电极和所述第二电极中的至少一者包括分段电极；并且
所述公共电解液出口包括位于第一分段电极和第二分段电极中的至少一者的开口。
20.如权利要求19所述的方法，其中，
所述第一电极和所述第二电极均包括分段电极；
所述公共电解液出口包括所述第一分段电极的第一开口和所述第二分段电极的第二开口；
所述第一电极包括可渗透的分段并且所述第一电极在放电模式下充当阳电极；以及
所述第二电极包括不可渗透的可氧化金属分段并且所述第二电极在放电模式下充当阴电极。
21.如权利要求14所述的方法，其中，
所述电解液包括金属卤化物电解液；
所述液流电池单体位于液流电池单体的堆叠结构中；以及
所述液流电池单体的堆叠结构与包含第一容积和第二容积的储液器分离地设置。
22.如权利要求21所述的方法，还包括在充电模式和放电模式下使用至少一个泵在所述储液器和所述液流电池单体的堆叠结构之间泵送金属卤化物电解液。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述第一电极包括多孔镀钌钛，所述第二电极包括涂覆锌的钛，并且所述液流电池单体的堆叠结构包括串联的水平液流电池单体的竖直堆叠结构。
24.如权利要求14所述的方法，其中，与以第一液流配置和第二液流配置相同的方式进行工作的同种电池相比，所述液流电池以更高的电流和库伦效率进行工作。
25.如权利要求14所述的方法，其中，
所述液流电池包括液流电池单体，所述液流电池单体包括第一电极、第二电极和位于所述第一电极和所述第二电极之间的反应区；
在充电模式下，电解液从充电模式电解液入口提供至所述反应区，并且从所述反应区进入充电模式电解液出口和放电模式电解液出口；
在放电模式下，电解液从放电模式电解液入口提供进所述反应区，并且从所述反应区进入所述充电模式电解液出口；以及
所述放电模式电解液入口不同于所述充电模式电解液入口。
26.如权利要求25所述的方法，其中，
所述第一电极包括在放电模式下充当阳电极的可渗透电极；
所述第二电极包括在放电模式下充当阴电极的不可渗透的可氧化金属电极；
所述充电模式电解液入口位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区；
所述放电模式电解液入口位于所述反应区外部、邻近所述第一电极的背对所述反应区的表面；
所述充电模式电解液出口位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区；以及
所述放电模式电解液出口位于所述反应区外部、邻近所述第一电极的背对所述反应区的表面。
27.如权利要求25所述的方法，其中，
在所述液流电池单体中所述第一液流配置不同于所述第二液流配置；
在充电模式下，使用充电模式泵，使全部电解液从低液化卤素反应物电解液储液器穿过所述充电模式电解液入口进入所述反应区，从所述反应区穿过所述充电模式电解液出口进入所述低液化卤素反应物电解液储液器并且穿过所述放电模式电解液出口进入富液化卤素反应物电解液储液器；
在放电模式下，使用放电模式泵，使全部电解液从所述富液化卤素反应物电解液储液器穿过所述放电模式电解液入口并且穿过所述第一电极进入所述反应区，并且从所述反应区穿过所述充电模式电解液出口进入所述低液化卤素反应物电解液储液器。
28.一种液流电池，包括：
液流电池单体的堆叠结构，其中每一个液流电池单体包括第一电极、第二电极、和位于所述第一电极和所述第二电极之间的反应区；
多个导电间隔物，其电连接所述液流电池单体的堆叠结构中的一个液流电池单体的第一电极和所述液流电池单体的堆叠结构中的相邻液流电池单体的第二电极；以及
多个液流通道，位于所述导电间隔物之间，其中所述多个液流通道中的每一者具有不均匀的间隙高度。
29.如权利要求28所述的液流电池，还包括充电模式电解液入口、与所述充电模式电解液入口不同的放电模式电解液入口、以及充电和放电模式公共电解液出口。
30.如权利要求29所述的液流电池，其中，
所述电解液包括水性溴化锌电解液；
所述第一电极包括在放电模式下充当阳电极的可渗透电极；
所述第二电极包括在放电模式下充当阴电极的不可渗透的可氧化金属电极；
所述充电模式电解液入口位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区；
所述放电模式电解液入口位于所述反应区外部、邻近所述第一电极的背对所述反应区的表面；
所述公共电解液出口位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述反应区；
倾斜的液流通道插入件位于所述多个液流通道中的每一者中；
所述插入件的邻近所述放电模式电解液入口的第一部分比所述插入件的邻近所述公共电解液出口的第二部分薄；以及
每个液流通道在所述插入件的第一部分之上的间隙高于在所述插入件的第二部分之上的间隙。
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