CN103858264A

CN103858264A - 用于组装氧化还原液流电池反应器单元的系统和方法

Info

Publication number: CN103858264A
Application number: CN201280048913.XA
Authority: CN
Inventors: 瑞奇·布莱克; 加里·赖普
Original assignee: JD Holding Inc
Current assignee: JD Holding Inc
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-06-11
Also published as: US20130089767A1; EP2764571A1; ZA201401814B; KR102036388B1; KR20140084011A; WO2013049933A1; MX358374B; CA2848115A1; EP2764571A4; AU2012321014A1; US10141594B2; MX2014003414A

Abstract

本发明公开了一种用于氧化还原液流电池系统的反应器组件。所述反应器组件可以包括：多个外框、多个内框、以及集成在所述多个外框和所述多个内框中的凸肋和槽道互锁系统。在某些实施例中，凸肋和槽道互锁系统可以被配置成：当所述多个外框和所述多个内框被按压到一起呈叠层配置时，形成包围电解液隔室的外周缘的多个密封系统。

Description

用于组装氧化还原液流电池反应器单元的系统和方法

技术领域

本公开涉及一种氧化还原液流电池系统，更具体而言，涉及用于氧化还原液流电池能量储存系统反应器单元的设计。

附图说明

描述了本公开的非限制性和非穷举性的实施例，包括参照附图的本公开的各种实施例，其中：

图1示出根据本文公开的实施例的氧化还原电池能量储存系统的框图。

图2示出根据本文公开的实施例的氧化还原液流电池能量储存系统的反应器单元组件的分解图。

图3示出根据本文公开的实施例的多个反应器叠层单元。

图4示出根据本文公开的实施例的多密封系统的框图。

图5示出根据本文公开的实施例的包括集成密封件的反应器叠层的外框的一部分的俯视立体图。

图6示出根据本文公开的实施例的包括集成密封件的多个反应器叠层单元的截面图。

图7示出根据本文公开的实施例的包括内O形环槽道的反应器叠层单元的外框的俯视立体图。

图8示出根据本文公开的实施例的包括内O形环槽道的反应器叠层单元的外框的截面图。

图9示出根据本文公开的实施例的包括外O形环槽道的反应器叠层单元的外框的仰视立体图。

图10示出根据本文公开的实施例的包括外O形环槽道的反应器叠层单元的外框的截面图。

图11示出根据本文公开的实施例的包括多个反应器单元的组装的液流单元电池的截面图。

图12示出根据本文公开的实施例的包括多个反应器单元的组装的液流单元电池的立体图。

图13示出根据本文公开的实施例的阴极电解液经由反应器叠层单元流动的立体图。

图14示出根据本文公开的实施例的阳极电解液经由反应器叠层单元流动的立体图。

图15示出根据本文公开的实施例的包括弹性拐角的反应器叠层单元的内框。

图16示出根据本文公开的实施例的用于反应器叠层单元的膜固定设计的截面图。

图17示出根据本文公开的实施例的用于反应器叠层单元的电极固定设计的截面图。

图18示出根据本文公开的实施例的包括用于定位其他反应器叠层单元部件的引导件的反应器叠层单元的外框的立体图。

图19示出根据本文公开的实施例的包括用于定位其他反应器叠层单元部件的引导件的反应器叠层单元的内框的立体图。

图20示出根据本文公开的实施例的用于密封反应器叠层单元的区域的垫片系统的立体图。

具体描述

通过参照附图将更好地理解本公开的实施例。将容易理解的是，公开的实施例的部件，如通常所述和在本文的附图中说明的，可以采用各种不同的配置来布置和设计。因而，本公开的系统和方法的实施例的以下详细描述并非意图限制本公开的范围，如所要求保护的，而仅仅是本公开的可能实施例的代表。另外，本发明的步骤不必然要求采用特定的次序、或者甚至顺序来执行，也不要求仅仅将步骤执行一次，除非特别指出。

在一些情况下，未示出或详细地描述已知的特征、结构或操作。此外，在一个或更多个实施例中，描述的特征、结构或操作可以采用任何合适的方式来组合。也将容易理解的是，如通常所述的和在本文的附图中所说明的实施例中的部件可以采用各种不同的配置来布置和设计。

诸如可充电电池的能量储存系统是电力系统、尤其是由风力涡轮发电机、光电池等供应的电力系统的重要部分。能量储存系统也可以用于在非高峰条件期间进行买卖电力的能量套利、如不间断电源（UPS）、电力质量应用，以及提供备用电源。氧化还原液流电池能量储存系统、特别是钒氧化还原液流电池能量储存系统（VRB-ESS）可以用在这种电力系统中。氧化还原液流电池能量储存系统可以对变化的负载迅速地反应，如通常在UPS和电力质量应用中所需要的，以及还可以被配置成具有大容量，如通常在能量套利和备用电力应用中所需要的。

氧化还原液流电池能量储存系统通过使阳极电解液和阴极电解液经过反应器单元来产生电能。阳极电解液和阴极电解液在本文中可以共同地描述为反应物或反应物电解液。氧化还原液流电池能量储存系统可以根据系统的电力需求而包括一个或更多个反应器单元，并且根据本文公开的实施例，可以基于系统的能量容量需求而使用不同量的电解液。在某些实施例中，氧化还原液流电池能量储存系统中的反应器单元的数目和截面面积可以决定系统所能产生的瞬间电能的量。另外，可用于氧化还原液流电池能量储存系统的阳极电解液和阴极电解液的量可以决定其电能储存和生产能力。

图1示出根据本文公开的实施例的氧化还原液流电池能量储存系统100、更具体地VRB-ESS的框图。氧化还原液流电池能量储存系统100可以包括一个或更多个反应器单元102，每个反应器单元102具有带负电极108的负极隔室104和带正电极112的正极隔室110。负极隔室104可以包括与负电极108电连通的阳极电解液114。在某些实施例中，阳极电解液114是包含特定的氧化还原离子的电解液，上述特定的氧化还原离子处于还原状态并且要在单元102的放电过程期间被氧化，或者处于氧化状态并且要在单元102的充电过程期间被还原，或者上述特定的氧化还原离子是这些新近被还原的离子和要被还原的离子的混合物。正极隔室110包括与正电极112电连通的阴极电解液116。阴极电解液116是包含特定的氧化还原离子的电解液，上述特定的氧化还原离子处于氧化状态并且要在单元102的放电过程期间被还原，或者处于还原状态并且要在单元102的充电过程期间被氧化，或者上述特定的氧化还原离子是这些已氧化的离子和要被氧化的离子的混合物。在某些实施例中，阳极电解液114和阴极电解液116可以根据专利号为4,786,567、6,143,443、6,468,688和6,562,514的美国专利的公开内容来制备，其全部内容通过引用合并于此，或者通过其他的已知技术来制备阳极电解液114和阴极电解液116。虽然出于说明性的目的在本文中将图1中所示的氧化还原液流电池能量储存系统描述为基于钒的系统，但是也可以使用其他的反应物溶液。

氧化还原液流电池能量储存系统100中的每个单元102可以包括离子导电分离器118（例如，膜），所述离子导电分离器118被设置在负极隔室104和正极隔室110之间，并且与阳极电解液114和阴极电解液116接触以提供其之间的离子连通。在某些实施例中，分离器118可以用作质子交换膜。

在某些实施例中，另外的阳极电解液114可以保持在阳极电解液储藏容器120中，所述阳极电解液储藏容器120经由阳极电解液供应线122和阳极电解液返回线124与负极隔室104流体连通。阳极电解液储藏容器120可以包括罐、囊或者任何其他类似的贮藏容器。阳极电解液供应线122可以与泵126和热交换器128连通。泵126可以使阳极电解液114经由阳极电解液储藏容器120、供应线122、负极隔室104和返回线124进行流体移动。在一些实施例中，泵126可以具有可变的速度以容许在产生的流速上变化。热交换器128可以被配置成将从阳极电解液114中产生的热传送到流体或气体介质。在一些实施例中，供应线122可以包括一个或更多个供应线阀130以控制阳极电解液114的容积流量。返回线124可以与控制返回容积流量的一个或更多个返回线阀132连通。

在一些实施例中，另外的阴极电解液116可以保持在阴极电解液储藏容器134中，所述阴极电解液储藏容器134经由阴极电解液供应线136和阴极电解液返回线138与正极隔室110流体连通。阴极电解液供应线136可以与泵140和热交换器142连通。泵140在一些实施例中可以是变速泵以容许在产生的流速上变化，泵140可以使阴极电解液116经由阴极电解液储藏容器134、供应线136、正极隔室110和返回线138进行流体移动。热交换器142可以被配置成将从阴极电解液116中产生的热传送到流体或气体介质。在一些实施例中，供应线136可以包括一个或更多个供应线阀144以控制阴极电解液116的容积流量。返回线138可以与控制返回容积流量的一个或更多个返回线阀146连通。

负电极108和正电极112可以与电源148和负载150电连通。电源开关152可以被设置成串联在电源148和每个负电极108之间。同样地，负载开关154可以被设置成串联在负载150和每个负电极108之间。可替选的配置也是可以的，提供图1中所示的氧化还原液流电池能量储存系统100的具体配置作为根据本文公开的实施例的若干可能性配置的示例性配置。

在氧化还原液流电池能量储存系统100充电时，电源开关152可以关闭，而负载开关154可以打开。泵126可以借助阳极电解液供应线122和阳极电解液返回线124而通过负极隔室104和阳极电解液储藏容器120来泵抽阳极电解液114。同时，泵140可以借助阴极电解液供应线136和阴极电解液返回线138而通过正极隔室110和阴极电解液储藏容器134来泵抽阴极电解液116。可以通过例如获得阳极电解液114中的二价钒离子和阴极电解液116中的等价的五价钒离子而将来自电源148的电能传送至负电极108和正电极112来将氧化还原液流电池能量储存系统100中的每个单元102充电。

通过将负载开关154关闭而将电源开关152打开，可以从氧化还原液流电池能量储存系统100的每个反应器单元102中吸取电。这引起与负电极108和正电极112电连通的负载150在阳极电解液和阴极电解液分别经由单元102被泵抽时提取电能。在某些实施例中，氧化还原液流电池能量储存系统100的各种部件的操作可以通过电子控制和监控系统（未示出）来控制。另外，从氧化还原液流电池能量储存系统100提取的电能可以在被提供至负载150之前利用电能调节设备（未示出）来调节。在某些实施例中，也可以并入电能转换系统（未示出）以将从反应器单元102中输出的DC电能转换成负载150所需的AC电能。

图2示出根据本文公开的实施例的氧化还原液流电池能量储存系统的反应器单元组件200的分解图。如图所示，反应器叠层组件200可以包括：外框202、毡片204、离子导电分离器（例如，膜）206、内框208和电极210。在某些实施例中，反应器单元组件200中的部件202至210可以被包括在第一级材料清单中。因而，反应器单元组件200可以在没有子组件的情况下被组装（即，在最终的组件之前没有部件的子组件），使得较少的部件和更精简的制造工艺得以实现。

反应器单元组件200可以采用图2中所示的次序来组装。毡片204可以放置在外框202内，由此在位于毡片204上部的膜206与另一个叠层组件的双极（未示出）之间形成可渗透隔室（例如，负极隔室或正极隔室）。然后内框208可以放置在外框202的内部边缘上部，并且用于将膜206固定在外框202和内框208之间。在一些实施例中，外框202和内框208可以利用一个或更多个凸肋和槽道来耦接，如以下详细描述的。第二毡片204可以放置在所述组件上以在膜206和电极210（例如，阳极或阴极）之间限定另一个可渗透隔室（例如，负极隔室或正极隔室）。在一些实施例中，部件202至210可以利用集成在外框202和内框208中的引导件或其他装置而在反应器单元组件200中对准，如以下所述的。在优选的实施例中，反应器单元组件200中的部件202至210可以被配置成与其他的反应器单元组件串联耦接，由此产生多单元氧化还原液流电池能量储存系统。

在一些实施例中，外框202和内框208可以由塑料和/或其他的聚合物材料构成。在某些实施例中，外框202和内框208可以包括在氧化还原液流电池能量储存系统正常操作的情况下不显著地劣化的材料。例如，外框202和内框208可以包括经过与电解液接触的时间而不显著地劣化的材料。

在某些实施例中，外框202和内框208可以利用注射成型工艺来制造。在一些实施例中，外框202和内框208可以被构造成使得框202和208的任何部分的材料壁厚度大体相同，以使能够进行框202和208的一致成型。在某些实施例中，集成在外框202和/或内框208中的凸肋和槽道可以被配置成当外框202与内框208耦接时互锁。通过将集成在外框202和/或内框208中的凸肋和槽道互锁，可以形成较厚的和/或结构化的框部。在某些实施例中，外框202和/或内框208可以包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和/或其他类似材料。在另外的实施例中，外框202和/或内框208可以利用机械加工工艺来制造。

毡片204可以被配置成在反应器单元组件200中限定隔室（例如，负极隔室或正极隔室），所述隔室可被电解液（例如，阳极电解液或阴极电解液）渗透。毡片204还可以被配置成提供双极电极（例如，电极210）和电解液之间的导电路径。在一些实施例中，毡片204可以包括多个导电纤维。在某些实施例中，当被电解液浸透时，毡片204可以容许电解液经由毡片204限定的单元隔室均匀流动。毡片204可以包括例如包括石墨和/或碳纤维的材料。

膜206可以是离子导电分离器，所述离子导电分离器被配置成提供位于膜206的每侧上的阳极电解液和阴极电解液之间的离子连通。在某些实施例中，膜206可以被配置成为质子交换膜。另外，在一些实施例中，膜206可以被配置成防止位于膜206的任一侧上的电解液（例如，阳极电解液和阴极电解液）混合。

电极210可以被配置成在叠层组件中的每个单元之间提供导电路径。在一些实施例中，电极210可以包括导电金属材料。另外，电极210可以被配置成防止位于单元之间的电极210的任一侧上的电解液混合。在某些实施例中，电极210可以包括石墨和/或碳粉、纤维、和/或结合有聚合物材料的薄片，所述聚合物材料被设计成在暴露至电解液时不显著地劣化。在一些实施例中，聚合物材料可以包括乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、环氧树脂、和/或其它类似材料。

图3示出根据本文公开的实施例的多个反应器叠层单元300。如以上所讨论的，在优选的实施例中，图2中所示的反应器单元组件200中的部件202至210可以被配置成与其他的反应器单元组件串联耦接。以这种方式，如图3中所示，包括外框202、毡片204、膜206、内框208、另一个毡片204和电极210的单独的反应器单元组件200可以与任意数目的其他的反应器单元组件串联层叠以形成多单元叠层。

在一些实施例中，外框202和内框208可以利用集成在框202、208中的一个或更多个凸肋和槽道来耦接，由此在框202、208内固定叠层组件的其他部件（例如，毡片204、膜206和电极210）。集成在框202、208中的凸肋和槽道连接还可以用作将反应器叠层单元300中包括的反应器单元组件200的部件202至210对准。在某些实施例中，利用凸肋和槽道连接还可以容许利用机械夹持系统（未示出）或其他的机械装置而不利用框202和208之间的粘合剂来牢固地耦接反应器叠层单元300。在一些实施例中，利用机械夹持系统可以使得反应器叠层单元300的制造简化，并且减少与粘合剂固化相关的制造时间。

图4示出根据本文公开的实施例的多密封系统400的框图。在一些实施例中，所示的密封系统400可以被集成在外框202和/或内框208中，并且用于将电解液大体限制在反应器单元组件200的负极隔室和/或正极隔室内。即，所示的密封系统400可以用于防止电解液从反应器单元组件向外部泄漏。

如图所示，密封系统400可以包括包围主隔室406的主密封件402，根据本文公开的实施例的主隔室406可以容纳电解液（例如，阳极电解液或阴极电解液），并且用作反应器单元的负极隔室或正极隔室。在某些实施例中，该主隔室406可以处于比周围的隔室和/或外部大气压更高的压力下。因此，主密封件402可以是高压密封件，其被配置成在高压下容纳电解液。在一些实施例中，较高的压力可能归因于在氧化还原液流电池能量储存系统的操作期间经由主隔室406被泵抽的电解液。电解液可以通过一个或更多个电解液入口歧管（未示出）被泵抽入主隔室406中。类似地，电解液可以通过一个或更多个电解液出口歧管（未示出）从主隔室406中被泵抽出。

二级密封件404可以包围主密封件402，由此在主密封件402和二级密封件404之间形成二级隔室408。在一些实施例中，二级密封件404可以被配置成捕获经由主密封件402泄漏的电解液，并且将泄漏的电解液储存在二级隔室408中。以这种方式，二级隔室408可以用作用于来自主密封件402的任何泄漏的“滴盘”。在某些实施例中，二级隔室408可以被配置成捕获与每天电解液的一些泄漏液滴在长时段内（例如，12个月的时段）相对应的电解液的量。

在另外的实施例中，二级隔室408可以处于比主隔室406更低的压力下，由此降低电解液将经由二级密封件404泄漏的可能性。在一些实施例中，二级隔室408可以处于环境或外部大气压下。

可选择性关闭的接入口410可以集成在二级密封件404中，提供对二级隔室408的外部接入。在一些实施例中，接入口410可以容许通过阀门系统等接入经由主密封件402泄漏进入二级隔室408的电解液。经由接入口410，这种泄漏的电解液可以从二级隔室408中被移除（即，流走）并且被处理。可替选地，通过接入口410从二级隔室408移除的泄漏电解液可以被循环并且再引入氧化还原液流电池能量储存系统。

凸肋和槽道互锁设计可以用于形成主密封件402、二级密封件404和/或反应器单元组件200中包括的其他结构。另外，如以上所讨论的，集成在外框202和内框208中的凸肋和槽道互锁可以用于结合机械夹持系统将反应器单元组件200机械地耦接，以形成较厚的和/或结构化的框部，并且在组装期间将反应器单元组件200中的部件202至210对准。

凸肋和槽道互锁系统可以包括由集成在第一框部（例如，外框202和/或内框208）中的两个槽道凸肋和集成在第二框部（例如，外框202和/或内框208）中的密封凸肋形成的槽道。密封凸肋可以被设置在由两个槽道凸肋形成的槽道内，当施加力（例如，300KN）至包括密封凸肋的第一框部而将第一框部相对于包括槽道凸肋的第二框部按压时，密封凸肋可以固定在槽道内。在某些实施例中，将密封凸肋固定在槽道凸肋之间可以支撑密封凸肋，并且减小密封凸肋在按压至槽道内时将弯曲的可能性。另外，槽道凸肋可以支撑密封凸肋，并且防止密封凸肋过度地被按压到槽道中。密封凸肋可以包括尖端，所述尖端在相对于由槽道凸肋形成的槽道的底部被按压时形成密封件，所述密封件可以大体防止电解液穿过密封件。

图5示出根据本文公开的实施例的包括集成的密封件402、404、502的反应器叠层的外框202的一部分500的俯视立体图。如以上所讨论的，外框202可以包括主密封件402，所述主密封件402被配置成包围反应器单元的容纳电解液（例如，阳极电解液或阴极电解液）的主隔室（例如，负极隔室或正极隔室）。在某些实施例中，当两个框部利用凸肋和槽道互锁设计来耦接时可以形成主密封件402。

电解液可以通过一个或更多个电解液入口歧管504来泵抽入主隔室。类似地，电解液可以通过一个或更多个电解液出口歧管（未示出）从主隔室中被泵抽出。主密封件402可以被配置成围绕和/或隔离入口歧管504和/或出口歧管。另外，主密封件402可以限定从入口歧管到主隔室走向的入口槽道508，使电解液能够在一个或更多个特定位置处泵抽入主隔室。类似地，主密封件402可以限定从出口歧管到主隔室走向的出口槽道，使电解液能够在一个或更多个特定位置处从主隔室中被泵抽出。

在一些实施例中，外框202还可以包括二级密封件404，所述二级密封件404被配置成包围主隔室402，并且在主密封件402和二级密封件404之间形成二级隔室408。在某些实施例中，当两个框部利用凸肋和槽道互锁设计来耦接时可以形成二级密封件404。在一些实施例中，二级密封件404可以被配置成捕获经由主密封件402泄漏的电解液，并且将泄漏的电解液储存在二级隔室408中。二级隔室408中容纳的电解液可以被移除以用于处理和/或通过接入口（未示出）循环回至系统。在某些实施例中，二级隔室408可以处于比主隔室更低的压力下，由此降低电解液将经由二级密封件404泄漏的可能性。

可以由集成在外框202中的一个或更多个分流槽道密封件502来限定分流槽道506。在两个框部利用凸肋和槽道互锁设计来耦接时可以形成分流槽道密封件502。在某些实施例中，分流槽道506可以被设计成通过增加其长度和/或减小其流动截面来增加反应器单元组件的单元之间的电阻。以这种方式，分流槽道506可以减小在反应器单元之间流动的分流电流。在一些实施例中，通过独立于主密封件402来集成分流槽道密封件502，可以增加主密封件402的完整性。

图6示出根据本文公开的实施例的包括集成密封件402、404的多个反应器叠层单元的截面图600。如所示，包括外框202、毡片204、膜206、内框208、另一个毡片204和电极210的单独的反应器单元组件可以与任意数目的其他反应器单元组件平行地层叠以形成多单元叠层。外框202可以包括主密封件402，所述主密封件402被配置成包围主隔室（例如，负极隔室或正极隔室），在一些实施例中，所述主隔室可以用反应器单元的容纳电解液（例如，阳极电解液或阴极电解液）的可渗透毡片204来填充。如所示，当两个框部利用凸肋和槽道互锁设计来耦接时可以形成主密封件402。

外框202还可以包括包围主密封件402的二级密封件404，由此在主密封件402和二级密封件404之间形成二级隔室408。在某些实施例中，二级隔室408可以被配置成捕获经由主密封件402泄漏的电解液。二级隔室408中容纳的电解液可以被移除以用于处理和/或通过接入口（未示出）循环回至系统中。如所示，当两个框部利用凸肋和槽道互锁设计来耦接时可以形成二级密封件404。

图7示出根据本文公开的实施例的包括内O形环槽道的反应器叠层单元的外框202的俯视立体图700。在某些实施例中，如图8中更详细地示出的内O形环槽道可以被集成在外框202中，并且用于与合适尺寸的O形环（例如，橡胶O形环等）结合使用，以将多单元反应器叠层组件（例如，反应器叠层单元300）的末端外框202抵靠于刚性结构壳体而密封。以这种方式，内O形环槽道可以用于与O形环结合使用，以形成抵靠于位于氧化还原液流电池能量储存系统中所包括的多单元反应器叠层组件的末端端部上的刚性壳体的外部密封件。在某些实施例中，内O形环槽道可以用于与O形环结合使用，以将位于多单元反应器叠层的端部处的末端框密封，所述末端框从储藏容器中接收电解液和/或将电解液提供至储藏容器（即，入口/出口和/或供给端部）。

图8示出根据本文公开的实施例的包括内O形环槽道702的反应器叠层单元的外框202的截面图800。如所示，内O形环槽道702可以限定包围外框202的内周缘的槽道，该槽道被配置成保持和/或固定合适尺寸的O形环。在某些实施例中，O形环的尺寸可以形成为，使得当刚性框被压靠于内O形环槽道702中的O形环时，形成大体在泵抽压力下容纳电解液的密封件。

图9示出根据本文公开的实施例的包括外O形环槽道的反应器叠层单元的外框202的仰视立体图900。在某些实施例中，如图10中详细所示，外O形环槽道可以集成在外框202中，并且用于与合适尺寸的O形环（例如，橡胶O形环等）结合使用，以将多单元反应器叠层组件（例如，反应器叠层单元300）的末端外框202抵靠于刚性结构壳体而密封。以这种方式，外O形环槽道902可以用于与O形环结合使用，以形成抵靠于位于氧化还原液流电池能量储存系统中所包括的多单元反应器叠层组件的末端端部上的刚性壳体的外部密封件。在某些实施例中，外O形环槽道902可以用于与O形环结合使用，以将位于多单元反应器叠层的端部处的末端框密封。

图10示出根据本文公开的实施例的包括外O形环槽道902的反应器叠层单元的外框202的截面图1000。如所示，外O形环槽道902可以限定包围外框202的外周缘的槽道，该槽道被配置成保持和/或固定合适尺寸的O形环。在某些实施例中，O形环的尺寸可以形成为，当刚性框被压靠于外O形环槽道902中的O形环时，形成大体在泵抽压力下容纳电解液的密封件。

图11示出根据本文公开的实施例的包括多个反应器单元1102的组装的液流电池1100的截面图。所述多个反应器单元1102可以包括若干个反应器单元组件（即，图2中所示的反应器单元组件200），每个反应器单元组件包括串联耦接的部件202至210。因而，包括外框202、毡片204、膜206、内框208、另一个毡片204和电极210的单独的反应器单元组件可以与其他的反应器单元组件串联层叠，以形成包括多个反应器单元1102的多单元叠层。

所述多个反应器单元1102可以结合一个或更多个刚性结构端板1104而利用机械夹持系统（未示出）来固定在一起。如所示，端板1104可以放置在所述多个反应器单元1102的每个端部上，并且可以用于固定、对准和保持所述多个反应器单元1102。当用于与机械夹持系统结合使用时，端板1104可以用于利用集成在所述多个反应器单元1102中的外框202和内框208的凸肋和槽道互锁来形成密封件和其他结构化的框部。

刚性隔离件1106可以被包括在刚性结构端板1104与组装液流单元电池1100中的所述多个反应器单元1102之间。刚性隔离件1106可以被配置成提供用于端板1104的平坦表面，以与所述多个反应器单元1102的末端单元组件的外框202和/或内框208界面相接，由此容许在利用机械夹持系统（未示出）来固定反应器单元1102时横跨外框202和内框208的均匀施压。以这种方式，如图11中所示，刚性隔离件1106可以利用槽道和/或凸肋，所述槽道和/或凸肋被配置成与组装的所述多个反应器单元1102的末端外框202和/或内框208的任何凸肋和/或槽道界面相接。另外，隔离件1106可以被配置成提供电有源部件与金属端板和/或阻尼系统的电隔离。因此，隔离件1106可以包括非导电材料。

一个或更多个输入/输出歧管配件1108可以被配置成与反应器单元1102的外框202的电解液入口歧管504或者输出歧管界面相接。外部泵抽机制（未示出）可以借助输入歧管配件1108通过反应器单元1102的外框202的电解液入口歧管504将电解液泵抽入反应器单元的主隔室中。类似地，可以借助输出歧管配件1108通过反应器单元1102的外框202的电解液出口歧管从反应器单元的主隔室中泵抽出电解液。

如以上参照图7和图8所讨论的，内O形环（未示出）可以被设置在反应器单元1102叠层的末端端部的外框202所包括的内O形环槽道702中。内O形环可以被配置成将反应器单元1102叠层的末端外框202（即，图11中所示的反应器单元1102叠层的顶部外框202）抵靠于端板1104和/或刚性隔离件1106而密封。类似地，外O形环1112可以被设置在反应器单元1102叠层的另一末端端部处的外框202所包括的外O形环槽道902中。外O形环1112可以被配置成将反应器单元1102叠层的另一末端外框202（即，图11中所示的反应器单元1102叠层的底部外框202）抵靠于端板1104和/或刚性隔离件1106而密封。在某些实施例中，输入/输出歧管配件1108也可以利用所示的输入/输出歧管配件O形环1114抵靠于外框202而密封。

图12示出根据本文公开的实施例的包括多个反应器单元1102的组装的液流单元电池1200的立体图。如所示，所述多个反应器单元1102可以利用机械夹持系统1202而固定在一起。机械夹持系统1202可以被配置成横跨所述多个反应器单元1102而大体均匀施压。在某些实施例中，端板1104可以用于与机械夹持系统1202结合使用，以横跨所述多个反应器单元1102而均匀施压。

如所示，机械夹持系统1202可以包括设置成与所述多个反应器单元1102的每侧上的端板1104平行的刚性构件。机械夹持系统1202还可以包括垂直于所述多个反应器单元1102延伸的横向构件。横向构件可以与设置成与所述多个反应器单元1102的每侧上的端板1104平行的刚性构件耦接。根据一些实施例，横向构件可以用来在刚性构件和/或端板1104之间施加压缩力。在某些实施例中，横向构件可以利用螺栓、起重螺丝或类似的机制来施加这种压缩力。尽管所示的机械夹持系统1202利用刚性构件和横向构件来施加压缩力，但是被配置成将压缩力提供至所述多个反应器单元1102的任何机械系统都可以用在组装的液流单元电池1200中。

图13示出根据本文公开的实施例的阴极电解液经由反应器叠层单元流动的立体图1300。如所示，电解液可以借助电解液入口歧管504而泵抽入通过外框202部分地限定的主隔室。在某些实施例中，如以上参照图5所述，电解液可以经由分流槽道泵抽入主隔室，并且通过入口槽道508进入主隔室。

在一些实施例中，沿着限定主隔室边缘的外框202和/或内框208的内周缘集成的供给槽道可以被配置成在电解液从入口槽道508进入之后提供电解液经由主隔室的更均匀流动。因此，如所示，电解液可以通过入口槽道508而供给到主隔室中，并且通过供给槽道而沿着主隔室的边缘分布，由此使电解液经由主隔室大体均匀流动。

在某些情况下，在氧化还原液流电池能量储存系统的操作期间，电解液可能倾向于在主隔室的外边缘周围流动，而不是横跨主隔室而均匀地流动。例如，在泵抽压力下，电解液可能倾向于经由较小流动阻力的路径、诸如毡片204与外框202和/或内框208之间的界面而横跨主隔室流动。为了补偿这些影响，毡片204的尺寸可以被形成为比由外框202和/或内框208限定的主隔室的尺寸稍大。例如，在某些实施例中，毡片204可以被切割地稍宽以紧密地配合在主隔室中。通过将“过大尺寸”的毡片204按压进更窄的隔室中，可以增加沿着主隔室边缘的流动阻力，由此降低电解液更易沿着主隔室边缘流动的倾向性。

沿着限定主隔室边缘的外框202和/或内框208的内周缘集成的供给槽道可以被配置成收集流经主隔室的电解液，并且将电解液引导至出口槽道1302。在某些实施例中，电解液之后可以穿过分流槽道，并且经由出口歧管1304离开反应器单元。

图14示出根据本文公开的实施例的阳极电解液经由反应器叠层单元流动的立体图1400。阳极电解液经由主隔室的流动可以类似于阴极电解液经由主隔室的流动，如以上参照图13所述。如图14中所示，阳极电解液可以通过入口歧管504、分流槽道、入口槽道、供给槽道、出口槽道1302、另一个分流槽道以及出口歧管1304经由主隔室流动。在一些实施例中，用于引导阳极电解液流动的框结构可以相对于用于引导阴极电解液流动的框结构而设置在外框202和/或内框208的相对侧。

图15示出根据本文公开的实施例的包括弹性拐角1502的反应器叠层单元的内框208的立体图1500。由于在制造期间所引入的外框202和/或内框208的小的尺寸变化，可能难于将内框208固定至外框202。因此，内框208的拐角1502可以被配置成柔性（即，比内框208的侧部具有更小的刚性），使得内框208在固定至外框202中时适应于内框208和/或外框202的小的制造变化。在一些实施例中，可以通过将比内框208的侧部更薄和/或更小刚性的内框208的拐角1502处的部分集成来设计内框208的柔性拐角1502。在某些实施例中，内框208和/或外框202可以被加热以增加框208、202的柔性，以及即便存在小的尺寸变化也容许框被牢固地耦接。

图16示出根据本文公开的实施例的用于反应器叠层单元的膜固定设计的截面图1600。如所示，膜206可以固定在外框202和内框208之间。在某些实施例中，集成在内框208和/或外框202中的凸起的凸肋1602可以被配置成当其被按压在外框202和内框208之间时被挤进膜206的边缘，由此将膜206固定在外框202和内框208之间。在一些实施例中，凸起的凸肋1602可以在外框202、内框208与膜206的边缘之间形成密封件。在某些实施例中，密封件可以是能容纳低压差或低于千帕的压差（例如，5kPa或15kPa）的低压密封件。

图17示出根据本文公开的实施例的用于反应器叠层单元的电极210固定设计的截面图1700。如所示，电极210可以固定在外框202和内框208之间。在某些实施例中，集成在内框208和/或外框202中的凸起的凸肋（未示出）可以被配置成当其被按压在外框202和内框208之间时被挤进电极210的边缘，由此将电极210固定在外框202和内框208之间。在一些实施例中，凸起的凸肋可以在外框202、内框208与电极210的边缘之间形成密封件。在某些实施例中，密封件可以是能容纳低压差或低于千帕的压差的低压密封件。在某些其他的实施例中，密封剂可以用在外框202、内框208的界面与电极210的边缘之间以形成密封件。

图18示出根据本文公开的实施例的包括用于定位其他反应器叠层单元部件的引导件1802的反应器叠层单元的外框202的立体图1800。如所示，外框202可以包括集成的引导件1802，所述引导件1802被配置成在组装期间对反应器单元的部件202至210进行引导、对准和/或定位。所示的引导件1802可以特别地被配置成在反应器单元叠层的组装期间对膜206进行引导、对准和/或定位。利用引导件1802，可以通过降低部件202至210变得未对准（这可能潜在地引起解体和重新对准）的可能性来容许反应器单元叠层的更有效组装。

图19示出根据本文公开的实施例的包括用于对其他反应器叠层单元部件进行定位的引导件1902的反应器叠层单元的内框208的立体图1900。如所示，内框208可以包括集成的引导件1902，所述引导件1902被配置成在组装期间对反应器单元的部件202至210进行引导、对准和/或定位。所示的引导件1902可以特别地被配置成在反应器单元叠层的组装期间对电极210进行引导、对准和/或定位。利用引导件1902，可以通过降低部件202至210变得未对准（这可能潜在地引起解体和重新组装）的可能性来容许反应器单元叠层的更有效组装。

图20示出根据本文公开的实施例的用于密封反应器叠层单元的区域的垫片系统2002的立体图2000。如以上参照图13和图15所讨论的，用于引导阳极电解液流动的框结构可以相对于用于引导阴极电解液流动的框结构而设置在外框202和/或内框208的相对侧。在某些实施例中，被配置成固定在内框208和/或外框202上的垫片2002（例如，橡胶垫片等）可以用于与集成的框结构结合使用来引导电解液的流动。例如，如所示，垫片2002可以用于在外框202和/或内框208所限定的阳极电解液入口槽道和阴极电解液入口槽道之间形成大体不可渗透的密封件。在某些其他的实施例中，可以利用粘合和/或非粘合密封剂来形成类似的密封件，而不使用独立的垫片2002。

在不脱离本公开的根本原理的情况下，可以对上述实施例的细节进行许多变化。因此，本发明的范围应当仅通过所附权利要求来确定。

Claims

1.一种氧化还原液流电池系统反应器组件，包括：

多个外框；

多个内框；以及

凸肋和槽道互锁系统，其集成在所述多个外框和所述多个内框中，所述凸肋和槽道互锁系统被配置成形成多个密封系统，当所述多个外框和所述多个内框被按压到一起呈叠层配置时，每个密封系统包围电解液隔室的外周缘。

2.如权利要求1所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，所述多个外框和所述多个内框由聚合物材料构成。

3.如权利要求1所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，每个密封系统包括通过所述凸肋和槽道互锁系统而部分地限定的主密封件和二级密封件。

4.如权利要求1所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，每个密封系统被配置成将电解液大体限制在所述电解液隔室内。

5.如权利要求3所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，所述主密封件是高压密封件。

6.如权利要求3所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，所述二级密封件是相比于所述主密封件的低压密封件。

7.如权利要求3所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，每个密封系统包括设置在所述主密封件和所述二级密封件之间的二级隔室，所述二级隔室被配置成大体捕获经由所述主密封件泄漏的任何电解液。

8.如权利要求7所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，所述二级隔室被配置成处于环境气压下。

9.如权利要求1所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，所述凸肋和槽道互锁系统包括多个密封凸肋和多个槽道凸肋，其中，每个密封凸肋被配置成设置在由一对槽道凸肋形成的槽道内。

10.如权利要求1所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，所述凸肋和槽道互锁系统还被配置成：当所述多个外框和所述多个内框被按压到一起呈叠层配置时，利用凸肋和槽道来形成结构化的框部。

11.如权利要求1所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，所述多个外框和所述多个内框由注射成型材料构成。

12.如权利要求11所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，所述多个外框和所述多个内框由具有一致的壁厚度的材料构成。

13.如权利要求1所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，所述多个外框和所述多个内框由暴露于电解液时不显著地劣化的材料构成。

14.如权利要求7所述的氧化还原液流电池系统反应器组件，其中，每个密封系统还包括接入口，所述接入口被配置成接入被捕获在所述二级隔室中的电解液。

15.一种用于组装氧化还原液流电池系统反应器单元的方法，包括以下步骤：

将多个外框与多个内框对准，所述多个外框和所述多个内框包括集成的凸肋和槽道互锁系统；

将所述多个外框与所述多个内框按压成叠层配置，以利用所述凸肋和槽道互锁系统来形成多个密封系统，每个密封系统包围电解液隔室的外周缘；以及

在按压状态下固定被按压的所述多个外框和所述多个内框。