CN105453321A - 具有拥有最大水域团簇尺寸的水合离子交换膜的液流电池 - Google Patents
具有拥有最大水域团簇尺寸的水合离子交换膜的液流电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105453321A CN105453321A CN201380078120.7A CN201380078120A CN105453321A CN 105453321 A CN105453321 A CN 105453321A CN 201380078120 A CN201380078120 A CN 201380078120A CN 105453321 A CN105453321 A CN 105453321A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- group
- exchange membrane
- ion exchange
- flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/1067—Polymeric electrolyte materials characterised by their physical properties, e.g. porosity, ionic conductivity or thickness
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1023—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon, e.g. polyarylenes, polystyrenes or polybutadiene-styrenes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/1039—Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
- H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
- H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
一种液流电池,其包括电池单元,所述电池单元具有第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极和布置在所述第一电极和所述第二电极之间的电解液隔膜层。供给/存储体系在所述至少一个电池单元的外部,并包括与所述至少一个电池单元流体连接的第一和第二容器。第一和第二流体电解液位于所述供给/存储体系中。所述电解液隔膜层包括具有碳主链和从所述碳主链延伸的侧链的聚合物的水合离子交换膜。所述侧链包括具有通过次级键合连接的水分子以形成水域的团簇的亲水性化学基团。所述团簇具有不大于4纳米的平均最大团簇尺寸,每个亲水性化学基团的水分子的平均数λ(lambda)大于零。
Description
背景
液流电池,也被称为氧化还原液流电池或氧化还原液流电池单元,被设计来将电能转换为能被存储并在之后存在需求时释放的化学能。作为一个实例,液流电池可以与诸如风力发电系统的可再生能源体系一起使用来存储超过消费者需求的能量并在之后存在更大需求时释放这些能量。
典型的液流电池包括具有由电解液层隔开的负极和正极的氧化还原液流电池单元,其可以包括诸如离子交换膜的隔膜。负流体电解液(有时被称作阳极电解液)被输送至负极并且正流体电解液(有时被称作阴极电解液)被送至正极以驱动电化学可逆的氧化还原反应。充电时,供给的电能引起一种电解液中的化学还原反应和另一种电解液中的氧化反应。隔膜防止电解液自由地并快速地混合但允许所选择的离子通过以完成氧化还原反应。放电时,液体电解液中所含有的化学能在逆反应中释放,并且能够从电极得到电能。液流电池与其它电化学装置的区别在于:尤其是,使用外部供给的、包括参与可逆的电化学反应的反应物的流体电解液溶液。
概述
公开了包括至少一个电池单元的液流电池,所述电池单元具有第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极和布置在所述第一电极和所述第二电极之间的电解液隔膜层。供给/存储体系在所述至少一个电池单元的外部,并包括与所述至少一个电池单元流体连接的第一和第二容器。第一和第二流体电解液位于所述供给/存储体系中。所述电解液隔膜层包括具有碳主链和从所述碳主链延伸的侧链的水合聚合物离子交换膜。所述侧链包括具有通过次级键合连接的水分子以形成水域的团簇的亲水性化学基团。所述团簇具有不大于4纳米的平均最大团簇尺寸,每个亲水性化学基团的水分子的平均数λ(lambda)大于零。不大于4纳米的平均最大团簇尺寸和λ(lambda)限制了钒或铁离子穿过水合离子交换膜的迁移。
在另一个方面,所述水合离子交换膜是具有全氟化碳主链和以亲水性化学基团封端的全氟化碳侧链的全氟磺酸膜。每个亲水性化学基团的水分子的平均数λ(lambda)大于零并小于或等于22。
附图简述
对于本领域技术人员而言,本公开的各种特征和优势从下面的详述将变得显而易见。详述所附的附图可简要描述如下。
图1图示出了示例液流电池。
图2图示出了水合离子交换膜的聚合物的选择部分。
图3图示出了水合离子交换膜的聚合物的的另一个实例。
图4图示出了水合离子交换膜的聚合物的的另一个实例。
图5图示出了水合离子交换膜的聚合物的的另一个实例。
图6图示出了水合离子交换膜的聚合物的的另一个实例。
详述
图1示意性地示出了用于选择地存储及释放电能的示例液流电池20的部分。作为一个实例,液流电池20可以被用来将可再生能源体系中产生的电能转换为化学能,所述化学能被存储直到在之后存在更大需求时,在那时液流电池20随后将所述化学能转换回电能。液流电池20可以供应所述电能至例如电网。
液流电池20包括具有电化学活性物质24的流体电解液22,电化学活性物质24在相对于具有电化学活性物质28的另外流体电解液26的氧化还原对中起作用。电化学活性物质24/28是常见的并基于例如钒或铁离子。也就是说,在一个实例中,电化学活性物质24/28是不同氧化态或价态的钒,并且在另一个实例中,电化学活性物质24/28是不同氧化态或价态的铁。流体电解液22/26是包括所述电化学活性物质24/28的液体溶液。第一流体电解液22(例如,所述负电解液)和第二流体电解液26(例如,所述正电解液)包含于供给/存储体系30中,所述供给/存储体系30包括第一和第二容器32/34和泵35。
使用泵35通过各自进料管线38输送流体电解液22/26至所述液流电池20的至少一个电池单元36并经由返回管线40自电池单元36返回至容器32/34。进料管线38和返回管线40将容器32/34与第一和第二电极42/44连接。可以提供多个电池单元36作为堆叠。
电池单元36包括第一电极42、与第一电极42间隔开的第二电极44和布置在第一电极42和第二电极44之间的水合离子交换膜46。例如,电极42/44为诸如碳纸或毡(felt)的多孔碳结构。通常,所述电池单元36可以包括双极板、歧管等用于将流体电解液22/26通过流场通道输送至电极42/44。例如,双极板可以是碳板。但是,可以理解的是可以使用其它构造。例如,可以可选地构造所述电池单元36用于流通(flow-through)操作,其中将流体电解液22/26直接泵入至电极42/44而不使用流场通道。
水合离子交换膜46防止流体电解液22/26自由地并快速地混合但允许所选择的离子通过以完成氧化还原反应同时电隔离电极42/44。在这方面,流体电解液22/26通常在诸如充电、放电和关闭状态的正常操作期间相互彼此隔离。在一个实例中,水合离子交换膜46在25℃、100%相对湿度下具有0.01至0.2S/cm的比电导率(specificconductivity)。在另一个实例中,水合离子交换膜46具有25-178微米的平均厚度,并且是相对均一的厚度。
将流体电解液22/26输送至电池单元36以将电能转换为化学能或在逆反应中将化学能转换为可以被释放的电能。将电能通过与电极42/44电耦合的电路48传输至电池单元36及自电池单元36传输。
图2示意性地图示出了离子交换膜46的聚合物的选择部分。所述聚合物包括以50示意性表示的碳主链和以52示意性表示的从碳主链50延伸的侧链(示出了一个代表性的侧链)。每个侧链52都包括以54示意性表示的亲水性化学基团,其中水分子56通过次级键合连接至亲水性化学基团54。亲水性化学基团54和所连接的水分子56形成水域58,水域58具有大于零的每个亲水性化学基团54的水分子的平均数λ(lambda)。例如,λ(lambda)是在30℃下每个亲水性化学基团的水分子的数目,并且小于或等于22或小于或等于14。
图3示意性地图示出了离子交换膜146的聚合物的另一个实例。在本公开中,相同参考数字在适当时指示相同的元件,并且加上100或其倍数的参考数字指示改进的元件,其被理解为并入相应元件的相同特征和优点。在这个实例中,所述聚合物是或包括具有全氟化碳主链150和以磺酸基-SO3H封端的全氟化碳侧链152的全氟磺酸。水分子156通过次级键合连接至磺酸基154以形成水域158,水域158具有大于零的每个亲水性化学基团的水分子的平均数λ(lambda)。在另一个实例中,λ(lambda)也小于或等于22或小于或等于14。
如图4中所示,水域158(或可选地58)形成临近水域158的团簇162,其可以传导质子,并且(如果大的话)可以允许钒或其它离子穿过水合离子交换膜146的迁移。团簇162的平均最大团簇尺寸164不大于4纳米。不受任何特定理论的束缚,在低吸水水平下,结构域58在所述聚合物基质中分散并彼此分开,从而团簇162小或不存在。当吸水水平较高时,水域58的尺寸和浓度增加至一定水平并形成团簇162。可以在两个相邻团簇162之间形成相对小的亲水通道。所述通道的尺寸可以是1纳米或更小。
对于钒和其它电化学活性物质,在液流电池中可以存在穿过所述离子交换膜的导电性和对于迁移通过所述离子交换膜的离子(例如钒离子)的选择性之间的权衡。也就是说,希望高导电性来传导质子通过所述离子交换膜并且希望高选择性来防止钒或其它电化学活性物质离子通过所述离子交换膜的迁移。
离子交换膜46/146的λ(lambda)大于零的所选择平均最大团簇尺寸164提供了设计用于液流电池20的相对高的导电性和相对高的选择性。此外,因为液流电池20在低于离子交换膜46/146的润湿的聚合物的玻璃转化温度的设计运行温度下运行,所以用于液流电池20的离子交换膜46/146的设计可以基本上是“锁定的”。例如,燃料电池单元使用两种气体反应物(例如空气和氢气),典型地在超过它们的离子交换膜的玻璃化转变温度的温度下运行。因此,燃料电池单元中的运行温度基本上通过热擦除可自离子交换膜的加工得到的任意先前聚合物结构来支配聚合物结构。但是,在具有低于润湿的离子交换膜46/146的玻璃化转变温度的设计运行温度的液流电池20中,聚合物离子交换膜的结构被保留并且因此如本文中所公开的能够被设计用于具有良好导电性和选择性的液流电池20中。
具有每个亲水性化学基团的水分子的平均数λ(lambda)的不大于4纳米的平均最大团簇尺寸164,提供了团簇162的相对小尺寸并且可运行来防止或降低诸如钒的电化学活性物质穿过水合离子交换膜46/146的迁移。如果钒或其它电化学活性物质在液流电池应用中太大,它们可以迁移通过所述通道和团簇162。因此,水合离子交换膜146提供了关于液流电池20中的电化学活性物质的良好的导电性和良好的选择性。
可以使用各种技术来制造本文中的水合离子交换膜。作为一个实例,已知形成具有全氟化或非全氟化碳主链和全氟化或非全氟化碳侧链的离子交换膜来提供基底起始膜,因此,本文中不再进一步具体描述。典型地,全氟化膜是经浇铸或挤出的,并且在H2O2的3%溶液中煮沸约一小时来去除残留单体和溶剂,在0.5MH2SO4溶液中煮沸约一小时来得到聚合物的完全酸化形式。所述膜可以在去离子水中进一步煮沸约一小时来去除硫酸的任意残留。在这种初始状态下,在没有任何进一步的处理情况下,所述膜不具有小于或等于22的λ(lambda)和不大于4纳米的平均最大团簇尺寸。因此,使用任意或全部下文描述的技术将所述膜进一步处理来提供所公开的小于或等于22的λ(lambda)和不大于4纳米的平均最大团簇尺寸。可以使用小角度X射线散射技术、核磁共振技术和差示扫描量热技术来确定团簇尺寸和λ(lambda)。
在一个实例中,所述膜为全氟磺酸聚合物并且可以在低于它的玻璃化转变温度下退火。例如,所述膜在80℃-100℃的温度下退火24小时。退火降低了所述膜中的多余的自由体积,因此收缩了平均最大团簇尺寸。退火也释放了水,因此可以被用来降低λ(lambda)。退火也将降低质子导电性,但将增加对诸如钒离子的电化学活性物质的选择性。
可选地或额外地,所述膜为全氟磺酸聚合物并且可以在低于它的熔融温度且高于它的玻璃化转变温度的温度下处理来减少自由体积并增加结晶度。在一个实例中,在120℃-140℃的温度下处理离子交换膜。这样的处理降低了平均最大团簇尺寸并减少了λ(lambda)。结晶度的增加也有助于“锁定”所述聚合物结构,使所述膜对平均团簇尺寸和λ(lambda)的改变更有抗性。
额外地或可选地,所述膜为全氟磺酸聚合物并且可以被诸如通过拉伸来物理地改变,以进一步增加结晶。例如,将所述膜通过在所述膜上产生拉伸应力的孔口挤出,因此排列聚合物链来得到更高水平的结晶度。
额外地或可选地,所述膜的聚合物是全氟磺酸聚合物并且可以在制造过程中在更高的温度下固化。在更高的温度下固化诱导了更高水平的结晶度。在一个基于图3中所示的聚合物结构的实例中,所述聚合物在120℃、135℃、150℃或165℃的温度下固化。
额外地或可选地,所述聚合物结构是全氟磺酸聚合物并且可以被改变来提供更高的当量(“EW”),其是中和一摩尔碱所需的聚合物的重量(克)并且能够以克的单位表示或通常为“g/eq”。典型的全氟磺酸聚合物具有约1100的EW。但是,可以将EW增加至1200、1400或1500,因此来降低聚合物基质中的亲水结构域浓度,从而降低平均最大团簇尺寸。在一个实例中,所述聚合物具有800g/eq或更高的当量来提供具有低于或等于22的λ(lambda)和不高于4纳米的平均最大团簇尺寸的聚合物。
额外地或可选地,所述聚合物的侧链包括5个碳原子或更少来提供具有低于或等于22的λ(lambda)和不高于4纳米的平均最大团簇尺寸的聚合物。如下表1中所示,对于类似的当量,因为较短的侧链形成较小的亲水团簇,所以对于具有短侧链的聚合物(即很少的碳原子),钒渗透性和质子导电性趋向更低。例如,NAFION具有5个碳原子(其侧链结构与图3中所示的类似),并且3MPFSA具有类似于图5中所示的侧链结构的4个碳原子。
表1:PFSA的导电性和渗透性
额外地或可选地,如图5中示意性地示出的,离子交换膜246包括离子键合至负(电极矩)亲水性化学基团254的阳离子(示出了一个代表性阳离子)。例如,所述阳离子选自锂、钠、钾、铷、铯和它们的组合。特别是,钾、铷、铯和它们的组合具有低亲水性,因此,引起较少量的水分子连接至亲水性化学基团254,这导致降低λ(lambda)并降低平均最大团簇尺寸。可以通过在包括阳离子的溶液中煮沸所述膜来将所述阳离子引入所述聚合物。例如,可以在1M氢氧化钠或氢氧化钾溶液中煮沸约一小时,接着通过在去离子水中煮沸约一小时来将钠或钾结合到所述膜中。可以使用类似的技术结合其它阳离子。然后可以将所述膜在它的玻璃化转变温度之上(诸如在160℃)退火大约六小时。额外地或可选地,所述离子交换膜可以包括离子键合至正(电极矩)化学基团的阴离子。例如,所述阴离子可以包括氯并且所述正化学基团可包括胺基NR2,其中至少一个R是非氢的,诸如烷基或芳基。在另一个实例中,所述胺基可以是铵基。
额外地或可选地,如图6中所示,亲水性化学基团354可以是羧酸基-COOH。羧酸基的离子偶极相互作用比磺酸基弱,因此提供了相对较小的平均最大团簇尺寸。额外地,所述羧酸基允许比磺酸基更高的结晶度水平。例如,如图3中所示的聚合物结构可以具有以重量计12%的结晶度水平,并且如图6中所示的聚合物结构可以具有以重量计18%的结晶度。
额外地或可选地,所述离子交换膜是交联的,因此具有在相对端连接至碳主链的交联链来提供具有低于或等于22的λ(lambda)和不高于4纳米的平均最大团簇尺寸的聚合物。所述交联限制了所述链的运动,因此降低了所述膜在电解液溶液中的溶胀。这导致了吸收更少的水和更小的平均最大团簇尺寸。交联的离子交换膜也具有比非交联类似物低的钒渗透性和低的质子导电性。在一个实例中,所述交联的离子交换膜是聚砜。聚砜离子交换膜的一个实例是NewSELEMION(由AsahiGlass提供,II-b型,140的厚度)。通过加速电子辐射交联所述聚砜。例如,用150keV的电压、30mA的电流和30rn/min的输送速率(25kGy或2.5Mrad/pass)进行所述加速电子辐射。在另一个实例中,在5、15、20和40Mrad的剂量下进行所述交联。当使用交联聚合物时,电流效率和能量效率增加。
虽然在图示的实例中示出了特征的组合,但不是它们所有都需要组合来实现本公开的各实施方案的益处。换句话说,根据本公开的实施方案设计的体系不一定包括任一附图中示出的所有特征或附图中示意性示出的所有部分。另外,一个示例实施方案的所选特征可以与其它实例实施方案的所选特征组合。
前面的描述是示例性的,而不是在本质上限制。对本领域技术人员而言,对公开实例的变化和修改可以是显而易见的,不一定脱离本公开的本质。只能通过研究以下权利要求来确定给予本公开的法律保护范围。
Claims (22)
1.一种液流电池,其包含:
至少一个电池单元,所述电池单元包括第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极和布置在所述第一电极和所述第二电极之间的电解液隔膜层;
在所述至少一个电池单元的外部的供给/存储体系,所述供给/存储体系包括与所述至少一个电池单元流体连接的第一和第二容器;和
所述供给/存储体系中的第一和第二流体电解液,
其中所述电解液隔膜层包括包含碳主链和从所述碳主链延伸的侧链的聚合物的水合离子交换膜,所述侧链包括具有通过次级键合连接至其上的水分子以形成水域的团簇的亲水性化学基团,所述团簇具有不大于4纳米的平均最大团簇尺寸,每个亲水性化学基团的水分子的平均数λ(lambda)大于零,所述不大于4纳米的平均最大团簇尺寸和所述λ(lambda)限制了钒或铁离子穿过所述水合离子交换膜的迁移。
2.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述碳主链为全氟化的。
3.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述亲水性化学基团为磺酸基-SO3H。
4.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述聚合物包括全氟磺酸。
5.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述亲水性化学基团为羧酸基-COOH。
6.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述亲水性化学基团为所述侧链的端基。
7.根据权利要求1所述的液流电池,其中λ(lambda)小于或等于22。
8.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述水合离子交换膜具有0.01至0.2S/cm的比电导率。
9.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述水合离子交换膜具有25–178微米的平均厚度。
10.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述第一和第二流体电解液包括钒的电化学活性物质。
11.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述水合离子交换膜包括键接至所述亲水基的阳离子和阴离子的至少一种。
12.根据权利要求11所述的液流电池,其中所述水合离子交换膜包括阳离子,所述阳离子选自由下列组成的组:锂、钠、钾、铷、铯和它们的组合。
13.根据权利要求11所述的液流电池,其中所述水合离子交换膜包括阳离子,所述阳离子选自由下列组成的组:钾、铷、铯和它们的组合。
14.根据权利要求11所述的液流电池,其中所述水合离子交换膜包括阴离子,所述阴离子包括氯。
15.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述水合离子交换膜具有至少6%的结晶度百分比。
16.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述水合离子交换膜的最大设计运行温度低于所述聚合物的玻璃化转变温度。
17.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述侧链各自包括5个或更少的碳原子。
18.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述聚合物具有800g/eq或更高的当量。
19.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述聚合物是交联的。
20.根据权利要求1所述的液流电池,其中所述亲水性化学基团分别包括与正化学基团键合的阴离子基团。
21.根据权利要求20所述的液流电池,其中所述正化学基团是胺基。
22.一种液流电池,其包含:
至少一个电池单元,所述电池单元包括第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极和布置在所述第一电极和所述第二电极之间的电解液隔膜层;
在所述至少一个电池单元的外部的供给/存储体系,所述供给/存储体系包括分别与所述第一和第二流场流体连接的第一和第二容器;和
所述供给/存储体系中的第一和第二流体电解液,
其中所述电解液隔膜层包括包含全氟化碳主链和从所述全氟化碳主链延伸的全氟化碳侧链的水合全氟磺酸离子交换膜,所述全氟化碳侧链以具有通过次级键合连接至其上的水分子以形成水域的团簇的亲水性化学基团封端,所述团簇具有不大于4纳米的平均最大团簇尺寸,每个亲水性化学基团的水分子的平均数λ(lambda)大于零并小于或等于22。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US2013/041277 WO2014185909A1 (en) | 2013-05-16 | 2013-05-16 | Flow battery with hydrated ion-exchange membrane having maximum water domain cluster sizes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105453321A true CN105453321A (zh) | 2016-03-30 |
CN105453321B CN105453321B (zh) | 2018-07-31 |
Family
ID=51898721
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201380078120.7A Active CN105453321B (zh) | 2013-05-16 | 2013-05-16 | 具有拥有最大水域团簇尺寸的水合离子交换膜的液流电池 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10135085B2 (zh) |
EP (1) | EP2997617B1 (zh) |
JP (1) | JP6606066B2 (zh) |
KR (2) | KR20180100457A (zh) |
CN (1) | CN105453321B (zh) |
WO (1) | WO2014185909A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112447994A (zh) * | 2019-08-28 | 2021-03-05 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104577172A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-04-29 | 国家电网公司 | 一种自带工作电源的全钒液流电池 |
US20170279130A1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | United Technologies Corporation | Separator layer for flow battery |
CN111373588B (zh) * | 2017-11-06 | 2023-08-04 | Agc株式会社 | 适用于氧化还原液流电池的离子交换膜 |
KR102248538B1 (ko) | 2018-05-17 | 2021-05-04 | 주식회사 엘지화학 | 이온 교환 분리막 및 이를 포함하는 흐름전지 |
US11056698B2 (en) | 2018-08-02 | 2021-07-06 | Raytheon Technologies Corporation | Redox flow battery with electrolyte balancing and compatibility enabling features |
WO2020157837A1 (ja) * | 2019-01-29 | 2020-08-06 | 住友電気工業株式会社 | 電池セル、セルスタック、及びレドックスフロー電池 |
JP7098048B2 (ja) | 2019-03-08 | 2022-07-08 | 旭化成株式会社 | レドックスフロー電池用電解質膜、レドックスフロー電池、及び電解質膜の製造方法 |
US11081717B2 (en) * | 2019-10-03 | 2021-08-03 | Institute of Nuclear Energy Research, Atomic Energy Council, Executive Yuan, R.O.C. | Storage module of distributed flow battery |
KR20210042447A (ko) | 2019-10-10 | 2021-04-20 | 동방화장품주식회사 | 양자수 추출 방법 |
US11271226B1 (en) | 2020-12-11 | 2022-03-08 | Raytheon Technologies Corporation | Redox flow battery with improved efficiency |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040157102A1 (en) * | 2001-03-21 | 2004-08-12 | Andrews Mark J | Fuel cell |
US20050244707A1 (en) * | 2002-04-23 | 2005-11-03 | Maria Skyllas-Kazacos | Metal halide redox flow battery |
US6989205B2 (en) * | 2002-10-31 | 2006-01-24 | Motorola, Inc. | Hydrophilic side-chain polymer electrolyte membranes |
CN101675549A (zh) * | 2007-05-22 | 2010-03-17 | 丰田自动车株式会社 | 固体高分子电解质、其制造方法和固体高分子型燃料电池 |
JP2010170782A (ja) * | 2009-01-21 | 2010-08-05 | Sharp Corp | レドックスフロー電池およびその充放電方法 |
US20120077079A1 (en) * | 2010-09-28 | 2012-03-29 | Battelle Memorial Institute | Redox Flow Batteries Based on Supporting Solutions Containing Chloride |
CN102634008A (zh) * | 2006-08-11 | 2012-08-15 | 东丽株式会社 | 高分子电解质材料、高分子电解质成型体、膜电极复合体和固体高分子型燃料电池 |
CN102869448A (zh) * | 2009-09-24 | 2013-01-09 | 乔治亚州技术研究公司 | 阴离子交换聚电解质 |
CN102993374A (zh) * | 2011-09-07 | 2013-03-27 | 株式会社日立制作所 | 电解质材料以及使用了此材料的质子传导性电解质膜、膜电极接合体及固体高分子型燃料电池 |
Family Cites Families (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS52102887A (en) | 1976-02-26 | 1977-08-29 | Agency Of Ind Science & Technol | Circulating form electrolytic cell |
US4407902A (en) | 1980-12-08 | 1983-10-04 | Ford Motor Company | Chemically regenerable redox fuel cell and method of operating the same |
JPS6362157A (ja) * | 1986-08-30 | 1988-03-18 | Tokuyama Soda Co Ltd | レドツクスフロ−電池用隔膜 |
JPH01320776A (ja) * | 1988-06-23 | 1989-12-26 | Nkk Corp | レドックスフロー型電池 |
WO1990003666A1 (en) | 1988-09-23 | 1990-04-05 | Unisearch Limited | State of charge of redox cell |
JP2920230B2 (ja) | 1988-11-30 | 1999-07-19 | 東洋紡績株式会社 | レドックスフロー型電池 |
JPH03245472A (ja) * | 1990-02-22 | 1991-11-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 2液性電池 |
US5318865A (en) | 1991-06-06 | 1994-06-07 | Director-General, Agency Of Industrial Science And Technology | Redox battery |
US5830603A (en) * | 1993-09-03 | 1998-11-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Separator film for a storage battery |
JP3560181B2 (ja) | 1995-04-13 | 2004-09-02 | 東洋紡績株式会社 | 液流通型電解槽用電極材 |
JP3797578B2 (ja) * | 1996-11-22 | 2006-07-19 | 株式会社トクヤマ | バナジウム系レドックスフロー電池用隔膜 |
JP3729296B2 (ja) * | 1996-12-10 | 2005-12-21 | 株式会社トクヤマ | バナジウム系レドックスフロー電池用隔膜 |
JP3218291B2 (ja) * | 1998-12-14 | 2001-10-15 | 住友電気工業株式会社 | 電池用隔膜 |
JP2003096219A (ja) * | 2001-05-24 | 2003-04-03 | Asahi Glass Co Ltd | 陰イオン交換膜 |
AUPR722101A0 (en) * | 2001-08-24 | 2001-09-13 | Skyllas-Kazacos, Maria | Vanadium chloride/polyhalide redox flow battery |
JP2005209525A (ja) * | 2004-01-23 | 2005-08-04 | Tohoku Univ | ウランレドックスフロー電池、及び起電力方法 |
JP2006156029A (ja) | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Kansai Electric Power Co Inc:The | バナジウム系レドックスフロー電池用炭素電極材料 |
CN101185185B (zh) * | 2005-05-31 | 2010-04-07 | 松下电器产业株式会社 | 二次电池和使用了该二次电池的电源系统、以及电源系统的使用方法 |
JP5760262B2 (ja) * | 2005-06-20 | 2015-08-05 | ニューサウス イノヴェーションズ ピーティーワイ リミテッド | レドックスセルおよび電池の改良されたパーフルオロ膜および改良された電解質 |
EP1977463B1 (en) | 2005-12-28 | 2014-11-05 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell flow field channel with partially closed end |
JP4979236B2 (ja) * | 2006-01-18 | 2012-07-18 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | 架橋電解質膜及びその製造方法 |
GB0701449D0 (en) | 2007-01-26 | 2007-03-07 | Secr Defence | Anion Exchange Membranes |
US8551667B2 (en) | 2007-04-17 | 2013-10-08 | Ini Power Systems, Inc. | Hydrogel barrier for fuel cells |
JP2009043674A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用電解質、電解質膜及び膜電極接合体 |
WO2009061682A2 (en) | 2007-10-31 | 2009-05-14 | Electrochem, Inc. | Integrated flow field (iff) structure |
JP2010244972A (ja) * | 2009-04-09 | 2010-10-28 | Sharp Corp | レドックスフロー電池 |
JP5488254B2 (ja) | 2009-06-26 | 2014-05-14 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池用親水性多孔質層、ガス拡散電極およびその製造方法、ならびに膜電極接合体 |
DK2514015T3 (en) | 2009-12-18 | 2015-07-20 | United Technologies Corp | CURRENT BATTERY WITH COMPLETE CURRENT FIELD |
GB201015859D0 (en) * | 2010-09-21 | 2010-10-27 | Imp Innovations Ltd | Regenerative fuel cells |
US8771856B2 (en) * | 2010-09-28 | 2014-07-08 | Battelle Memorial Institute | Fe-V redox flow batteries |
JPWO2013027758A1 (ja) * | 2011-08-22 | 2015-03-19 | 東洋紡株式会社 | バナジウム系レドックス電池用イオン交換膜、複合体、及びバナジウム系レドックス電池 |
JP2013065530A (ja) * | 2011-09-20 | 2013-04-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レドックスフロー電池 |
KR101684036B1 (ko) | 2011-12-28 | 2016-12-07 | 아사히 가세이 가부시키가이샤 | 레독스 플로우 2차 전지 및 레독스 플로우 2차 전지용 전해질막 |
US20130316199A1 (en) | 2012-05-25 | 2013-11-28 | Deeya Energy, Inc. | Electrochemical balance in a vanadium flow battery |
-
2013
- 2013-05-16 US US14/891,013 patent/US10135085B2/en active Active
- 2013-05-16 CN CN201380078120.7A patent/CN105453321B/zh active Active
- 2013-05-16 JP JP2016513911A patent/JP6606066B2/ja active Active
- 2013-05-16 EP EP13884702.5A patent/EP2997617B1/en active Active
- 2013-05-16 KR KR1020187025268A patent/KR20180100457A/ko not_active Application Discontinuation
- 2013-05-16 WO PCT/US2013/041277 patent/WO2014185909A1/en active Application Filing
- 2013-05-16 KR KR1020157035203A patent/KR20160008594A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040157102A1 (en) * | 2001-03-21 | 2004-08-12 | Andrews Mark J | Fuel cell |
US20050244707A1 (en) * | 2002-04-23 | 2005-11-03 | Maria Skyllas-Kazacos | Metal halide redox flow battery |
US6989205B2 (en) * | 2002-10-31 | 2006-01-24 | Motorola, Inc. | Hydrophilic side-chain polymer electrolyte membranes |
CN102634008A (zh) * | 2006-08-11 | 2012-08-15 | 东丽株式会社 | 高分子电解质材料、高分子电解质成型体、膜电极复合体和固体高分子型燃料电池 |
CN101675549A (zh) * | 2007-05-22 | 2010-03-17 | 丰田自动车株式会社 | 固体高分子电解质、其制造方法和固体高分子型燃料电池 |
JP2010170782A (ja) * | 2009-01-21 | 2010-08-05 | Sharp Corp | レドックスフロー電池およびその充放電方法 |
CN102869448A (zh) * | 2009-09-24 | 2013-01-09 | 乔治亚州技术研究公司 | 阴离子交换聚电解质 |
US20120077079A1 (en) * | 2010-09-28 | 2012-03-29 | Battelle Memorial Institute | Redox Flow Batteries Based on Supporting Solutions Containing Chloride |
CN102993374A (zh) * | 2011-09-07 | 2013-03-27 | 株式会社日立制作所 | 电解质材料以及使用了此材料的质子传导性电解质膜、膜电极接合体及固体高分子型燃料电池 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
产业技术综合研究所: "《燃料电池》", 10 October 2005, 日本内田老鹤圃出版社 * |
高分子学会燃料电池材料研究会: "《燃料电池高分子》", 20 September 2008, 日本共立出版株式会社 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112447994A (zh) * | 2019-08-28 | 2021-03-05 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用 |
CN112447994B (zh) * | 2019-08-28 | 2022-03-08 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016524280A (ja) | 2016-08-12 |
EP2997617B1 (en) | 2018-10-10 |
KR20180100457A (ko) | 2018-09-10 |
CN105453321B (zh) | 2018-07-31 |
US20160126579A1 (en) | 2016-05-05 |
EP2997617A1 (en) | 2016-03-23 |
KR20160008594A (ko) | 2016-01-22 |
JP6606066B2 (ja) | 2019-11-13 |
EP2997617A4 (en) | 2016-10-26 |
WO2014185909A1 (en) | 2014-11-20 |
US10135085B2 (en) | 2018-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105453321A (zh) | 具有拥有最大水域团簇尺寸的水合离子交换膜的液流电池 | |
Shi et al. | Polymer electrolyte membranes for vanadium redox flow batteries: fundamentals and applications | |
KR101049179B1 (ko) | 격리막을 포함하는 레독스 플로우 전지 | |
EP2673827B1 (en) | Flow battery having a low resistance membrane | |
CN107394240B (zh) | 一种磺化聚芳醚酮离子交换膜制备方法及应用 | |
WO2003003483A2 (en) | Redox cell with non-selective permionic separator | |
WO2014034415A1 (ja) | バナジウム系レドックス電池用イオン交換膜、複合体、及びバナジウム系レドックス電池 | |
Zhao et al. | Hydrocarbon blend membranes with suppressed chemical crossover for redox flow batteries | |
Yang et al. | TEMPO radical-embedded perfluorinated sulfonic acid ionomer composites for vanadium redox flow batteries | |
US20220093954A1 (en) | Separator for redox flow battery and manufacturing method therefor | |
EP3282512B1 (en) | Polymer electrolyte membrane, electrochemical cell and flow cell comprising same, method for manufacturing polymer electrolyte membrane, and flow cell electrolyte | |
Hosseiny et al. | Ion exchange membranes for vanadium redox flow batteries | |
CN106716699A (zh) | 包含离子转移聚合物的复合膜及其制备方法 | |
CN110326144B (zh) | 聚合物电解质膜及其制备方法、电化学电池和液流电池、用于聚合物电解质膜的组合物 | |
Yoon et al. | Geometry-Induced Asymmetric Vanadium-Ion Permeation of PVDF Membranes and Its Effect on the Performance of Vanadium Redox Flow Batteries | |
CN103579635A (zh) | Pps电极增强材料/裂纹缓和剂 | |
CN111048813B (zh) | 一种铁铬液流电池用有机-无机复合膜及其制备方法 | |
Choi et al. | Patents on membranes based on non-fluorinated polymers for vanadium redox flow batteries | |
Chng | Membranes for Redox Flow Batteries | |
Bora et al. | Membranes for Redox Flow Batteries |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |