CN108780912A - 流式氧化还原蓄电池系统中电解液溶液的原位重力分离 - Google Patents
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Abstract
一种流式氧化还原蓄电池系统，其包括电化学电池、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一阳极电解液载体浆料、第二阳极电解液载体浆料、第一阴极电解液载体浆料、第二阴极电解液载体浆料和发电电路。离子交换膜与阳极和阴极电化学接合。所述发电电路电耦接到所述阳极和所述阴极。所述阳极电解液槽流体地耦接到所述阳极，并且所述阴极电解液槽流体地耦接到所述阴极。所述第一阳极电解液载体浆料的密度小于所述第二阳极电解液载体浆料的密度，并且电负性不同于所述第二阳极电解液载体浆料的电负性。此外，所述第一阴极电解液载体浆料的密度小于所述第二阴极电解液载体浆料的密度，并且电负性不同于所述第二阴极电解液载体浆料的电负性。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年3月17日提交且名称为流式氧化还原蓄电池系统中电解液溶液的原位重力分离(IN-SITU GRAVITATIONAL SEPARATION OF ELECTROLYTE SOLUTIONS INFLOW REDOX BATTERY SYSTEMS)的美国专利申请第15/072,912号的权益。
背景技术
本公开涉及流式氧化还原蓄电池系统。更具体来说，本公开介绍了包括电解液载体浆料的流式氧化还原蓄电池系统的技术。
发明内容
根据本公开的主题，流式氧化还原蓄电池系统包括电化学电池、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一阳极电解液载体浆料、第二阳极电解液载体浆料、第一阴极电解液载体浆料、第二阴极电解液载体浆料和发电电路。电化学电池包括位于阳极和阴极之间并与阳极和阴极电化学接合的离子交换膜。发电电路电耦接到阳极和阴极。阳极电解液槽包含流体地耦接到阳极的阳极电解液上端和流体地耦接到阳极的阳极电解液下端。阴极电解液槽包括流体地耦接到阴极的阴极电解液上端和流体地耦接到阴极的阴极电解液下端。第一阳极电解液载体浆料的密度小于第二阳极电解液载体浆料的密度，并且电负性不同于第二阳极电解液载体浆料的电负性。此外，第一阴极电解液载体浆料的密度小于第二阴极电解液载体浆料的密度，并且电负性不同于第二阴极电解液载体浆料的电负性。
根据本公开的一个实施例，流式氧化还原蓄电池系统包括电化学电池、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一阳极电解液载体浆料、第二阳极电解液载体浆料、第一阴极电解液载体浆料、第二阴极电解液载体浆料、阳极电解液溶液、阴极电解液溶液和发电电路。电化学电池包括位于阳极和阴极之间并与阳极和阴极电化学接合的离子交换膜。发电电路电耦接到阳极和阴极。阳极电解液槽包括流体地耦接到阳极的阳极电解液上端和流体地耦接到阳极的阳极电解液下端。阴极电解液槽包括流体地耦接到阴极的阴极电解液上端和流体地耦接到阴极的阴极电解液下端。阳极电解液溶液可与第一阳极电解液载体浆料和第二阳极电解液载体浆料化学接合。阴极电解液溶液可与第一阴极电解液载体浆料和第二阴极电解液载体浆料化学接合。第一阳极电解液载体浆料的密度小于第二阳极电解液载体浆料的密度，并且电负性不同于第二阳极电解液载体浆料的电负性。第一阴极电解液载体浆料的密度小于第二阴极电解液载体浆料的密度，并且电负性不同于第二阴极电解液载体浆料的电负性。此外，第一和第二阳极电解液载体浆料以及第一和第二阴极电解液载体浆料各自包含多种浆料粒，每种浆料粒包含惰性核和与惰性核化学接合的一种或多种活性颗粒。
根据本公开的另一个实施例，流式氧化还原蓄电池系统包括电化学电池、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一阳极电解液载体浆料、第二阳极电解液载体浆料、第一阴极电解液载体浆料、第二阴极电解液载体浆料和发电电路。电化学电池包括位于阳极和阴极之间并与阳极和阴极电化学接合的离子交换膜。发电电路电耦接到阳极和阴极。阳极电解液槽包括流体地耦接到阳极的阳极电解液上端和流体地耦接到阳极的阳极电解液下端。阴极电解液槽包括流体地耦接到阴极的阴极电解液上端和流体地耦接到阴极的阴极电解液下端。第一阳极电解液载体浆料的密度小于第二阳极电解液载体浆料的密度，使得当第一和第二阳极电解液载体浆料容纳在阳极电解液槽内时，第一阳极电解液载体浆料在第二阳极电解液载体浆料上方浮动。第一阳极电解液载体浆料的电负性大于第二阳极电解液载体浆料的电负性，使得第一阳极电解液载体浆料电化学吸引放电的阳极电解液活性材料，并且第二阳极电解液载体浆料电化学吸引带电的阳极电解液活性材料。第一阴极电解液载体浆料的密度小于第二阴极电解液载体浆料的密度，使得当第一和第二阴极电解液载体浆料容纳在阴极电解液槽内时，第一阴极电解液载体浆料在第二阴极电解液载体浆料上方浮动。此外，第一阴极电解液载体浆料的电负性小于第二阴极电解液载体浆料的电负性，使得第一阴极电解液载体浆料电化学吸引放电的阴极电解液，并且第二阴极电解液载体浆料电化学吸引带电的阴极电解液活性材料。
尽管本文中主要参考一些特定的流式氧化还原蓄电池系统配置描述了本公开的概念，但是预期这些概念将适用于具有任何配置的流式氧化还原蓄电池系统。
附图说明
当结合以下附图阅读时，可最好地理解本公开的具体实施例的以下详细描述，其中相同的结构用相同的附图标号表示，并且其中：
图1是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的流式氧化还原蓄电池系统的示意图；
图2是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的阳极电解液载体浆料或阴极电解液载体浆料的示例性浆料粒的示意图；和
图3是根据本文示出和描述的一个或多个实施例的图1的流式氧化还原蓄电池系统的开路电压对电荷状态百分比的图形说明。
具体实施方式
图1是流式还原/氧化(氧化还原)蓄电池系统100的示意图。流式氧化还原蓄电池系统100包含电化学电池110、阳极电解液槽130、阴极电解液槽140和发电电路170。电化学电池110流体地耦接到阳极电解液槽130和阴极电解液槽140，并且电耦接到发电电路170。流式氧化还原蓄电池系统100包含第一阳极电解液载体浆料150和第二阳极电解液载体浆料152，其可各自容纳在阳极电解液槽130内并且可各自在阳极电解液槽130和电化学电池110之间流动。流式氧化还原蓄电池系统100还包含第一阴极电解液载体浆料154和第二阴极电解液载体浆料156，其可各自容纳在阴极电解液槽140内并且可各自在阴极电解液槽140和电化学电池110之间流动。此外，流式氧化还原蓄电池系统100包括电解液溶液，如阳极电解液溶液和阴极电解液溶液。
阳极电解液溶液可容纳在阳极电解液槽130内并且可在阳极电解液槽130和电化学电池110之间流动。阳极电解液溶液可包含多种带电的阳极电解液活性材料、多种放电的阳极电解液活性材料或其组合，并且在组成上被配置成在流式氧化还原蓄电池系统100的放电操作期间在电化学电池110处氧化并且在流式氧化还原蓄电池系统100的充电操作期间在电化学电池110处还原。如本文所用，“活性材料”是指化学组分，如原子、离子、分子等，其在组成上被配置成当进行氧化还原反应时改变氧化态。例如，预期阳极电解液溶液的活性材料可包含钒、铬、锌、硫、镎、铀或其组合。此外，多种带电的阳极电解液活性材料中的每一种包含比多种放电的阳极电解液活性材料中的每一种低的正电荷和低的氧化态。
阴极电解液溶液可容纳在阴极电解液槽140内，并且可在阴极电解液槽140和电化学电池110之间流动。阴极电解液溶液可包含多种带电的阴极电解液活性材料、多种放电的阴极电解液活性材料或其组合，并且在组成上被配置成在放电操作期间在电化学电池110处还原并且在充电操作期间在电化学电池100处氧化。多种带电的阴极电解液活性材料中的每一种包含比多种放电的阴极电解液活性材料中的每一种高的正电荷和高的氧化态。例如，预期阴极电解液溶液的活性材料可包含钒、溴、铈、氯、铁氰化物、亚铁氰化物、锰、镎氧化物、铀氧化物或其组合。
此外，阳极电解液溶液和阴极电解液溶液可各自包含具有氧化还原对的任何活性材料，其表现出不同的标准还原电位。此外，阳极电解液溶液可包含标准还原低于阴极电解液溶液的活性材料的活性材料。下表描述了可用作阴极电解液溶液和分析物溶液的活性材料氧化还原对的非详尽列表。
| 阴极电解液溶液活性材料 | 阳极电解液溶液活性材料 |
| Cr3+/Cr2+ | Fe3+/F2+ |
| V3+/V2+ | V5+/V4+ |
| V3+/V2+ | Br2/Br- |
| V3+/V2+ | Fe3+/F2+ |
| V3+/V2+ | Ce4+/Ce3+ |
| Zn2+/Zn | Cl-/Cl2 |
| Zn2+/Zn | Br-/Br2 |
| Zn2+/Zn | Ce4+/Ce3+ |
| Zn2+/Zn | V5+/V4+ |
| Zn2+/Zn | [Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3- |
| V3+/V2+ | Ce4+/Ce3+ |
| V3+/V2+ | Mn3+/Mn2+ |
| S2 2-/S4 2- | Br-/Br3 - |
| Np4+/Np3+ | NpO2 +/NpO2 2+ |
| U4+/U3+ | UO2 +/UO2 2+ |
如图1所描绘，电化学电池110包含位于阳极112和阴极122之间并且与阳极112和阴极122电化学接合的离子交换膜120。阳极112包括电耦接到发电电路170的阳极导电部分116，使得电子可在阳极112和发电电路170之间流动。阳极112还包括流体地耦接到阳极电解液槽130的阳极电解液接收部分114，使得第一和第二阳极电解液载体浆料150、152以及阳极电解液溶液可在阳极电解液槽130和阳极112的阳极电解液接收部分114之间流动。当阳极电解液溶液位于阳极电解液接收部分114内时，阳极电解液溶液可电化学接触离子交换膜120和阳极导电部分116。
阴极122包括电耦接到发电电路170的阴极导电部分126，使得电子可在阴极122和发电电路170之间流动。阴极122还包括流体地耦接到阴极电解液槽140的阴极电解液接收部分124，使得第一和第二阴极电解液载体浆料156、158和阴极电解液溶液可在阴极电解液槽140和阴极122的阴极电解液接收部分124之间流动。当阴极电解液溶液位于阴极电解液接收部分124内时，阴极电解液溶液可电化学接触离子交换膜120和阴极导电部分126。
离子交换膜120可包含固态质子传导材料，例如117、材料、L01854、M04494、ABT3、ABT4、SZ、SPEEK、/SPEEK、PSSS、SPTK、PVDF-PSSA、ETFE-PDMAEMA、SPEEK/TPA、TPA/PP、SPEEK/PTFE、SPEEK/PFSA、PBI、PSf-ABIm、聚苯并咪唑、聚醚聚合物等。离子交换膜120位于电化学电池110内，并且可在阳极112的阳极电解液接收部分114和阴极122的阴极电解液接收部分124之间提供物理屏障。此外，离子交换膜120在结构上被配置成在阳极112和阴极122之间提供质子通路108，使得质子可在其间流动以促进在流式氧化还原蓄电池系统100的放电操作和充电操作期间在阳极112和阴极122内的氧化和还原反应。
此外，离子交换膜120的质子通路108可闭合阳极112、发电电路170和阴极122之间的电路，使得氧化和还原反应可在阳极112和阴极122之间产生电子流并通过发电电路170，并且可在阳极112和阴极122之间产生质子流并通过离子交换膜120。举例来说，在放电操作期间，质子可沿质子放电流动方向104从阴极122穿过由离子交换膜120提供的质子通路108到阳极112，并且在充电操作期间，质子可沿质子充电流动方向105从阳极112穿过离子交换膜120的质子通路108到阴极122。
仍然参考图1，发电电路170包含发电单元174。电路通路172电耦接到阳极112、发电单元174和阴极122。举例来说，电路通路172可在阳极112和发电单元174之间延伸并且电耦接，并且电路通路可在阴极122和发电单元174之间延伸并且电耦接。发电单元174可包含电源和电负载。发电单元174在结构上被配置成接收由通过阳极112输出的电子产生的电流，并且在接收电流时产生电力。发电单元174还在结构上配置成输出可被阳极112接收的电流以对阳极电解液溶液和阴极电解液溶液充电。
第一阳极电解液载体浆料150和第二阳极电解液载体浆料152各自在组成上被配置成吸引阳极电解液溶液的活性材料并且化学接合阳极电解液溶液的活性材料。举例来说，第一阳极电解液载体浆料150可在组成上被配置成吸引和化学接合多种放电或带电的阳极电解液活性材料中的一种并且第二阳极电解液载体浆料152可在组成上被配置成吸引和化学接合多种放电或带电的阳极电解液活性材料中的另外活性材料，例如，以在阳极电解液槽130内分离多种带电和放电的阳极电解液活性材料。
此外，第一阴极电解液载体浆料154和第二阴极电解液载体浆料156各自在组成上被配置成吸引阴极电解液溶液的活性材料和化学接合阴极电解液溶液。例如，第一阴极电解液载体浆料154可在组成上被配置成吸引和化学接合多种放电或带电的阴极电解液活性材料中的一种，并且第二阴极电解液载体浆料156可在组成上被配置成吸引和化学接合多种放电或带电的阴极电解液活性材料中的另外活性材料，例如以分离多种带电和放电的阴极电解液活性材料。
现在参考图2，图1的第一和第二阳极电解液载体浆料150、152以及第一和第二阴极电解液载体浆料154、156可各自包含多种浆料粒160。每种浆料粒160包括惰性核162和与惰性核162化学接合的一种或多种活性颗粒166。惰性核162可包含有机颗粒、无机颗粒或其组合。例如，预期，惰性核162可包含氧化铝、二氧化硅、碳化硅、氧化锆、二氧化铈、聚合物颗粒、单一金属氧化物、混合金属氧化物或其组合。第一阳极电解液载体浆料150的浆料粒160的惰性核162的密度可比第二阳极电解液载体浆料152的浆料粒160的惰性核162低，使得第一阳极电解液载体浆料150可在第二阳极电解液载体浆料152上方浮动。此外，第一阴极电解液载体浆料154的浆料粒160的惰性核162的密度可比第二阴极电解液载体浆料156的浆料粒160的惰性核162低，使得第一阴极电解液载体浆料154可在第二阴极电解液载体浆料156上方浮动。
如图2所描绘，浆料粒160进一步包含沿惰性核162的表面定位的一个或多个官能化表面区域164和在一个或多个官能化表面区域164处与惰性核162化学接合的一种或多种活性颗粒166。官能化表面区域164可在化学上被配置成与活性颗粒166的一个或多个官能团键合，例如，使用官能化方法，例如化学官能化方法。预期，一种或多种活性颗粒166可包含金属，例如Cu，金属氧化物，例如ZrO2，混合金属，例如Cu-Zn，混合金属氧化物，例如TiO2-ZrO2，掺杂的金属，例如Y2O3-ZrO2，或其组合。此外，一种或多种活性颗粒166在组成上被配置成吸引和化学接合放电或带电的阴极电解液活性材料和放电或带电的阳极电解液活性材料。此外，第一阳极电解液载体浆料150的一个或多个活性颗粒166可包含不同的电负性第二载体浆料152的一种或多种活性颗粒166，并且和第一阴极电解液载体浆料154的一种或多种活性颗粒166的电负性可不同于一种或多种活性颗粒166第二阴极电解液载体浆料156。
再次参考图1，第一和第二阳极电解液载体浆料150、152是不混溶的，使得第一和第二阳极电解液载体浆料150、152当容纳在阳极电解液槽130内时分离。此外，第一阳极电解液载体浆料150的密度小于第二阳极电解液载体浆料152的密度，使得当第一和第二阳极电解液载体浆料150、152容纳在阳极电解液槽130内时，第一阳极电解液载体浆料150在第二阳极电解液载体浆料152上方浮动。此外，第一阳极电解液载体浆料150的电负性不同于第二阳极电解液载体浆料152的电负性，使得第一和第二阳极电解液载体浆料150、152中的一个电化学吸引阳极电解液溶液的带电的阳极电解液活性材料，并且第一和第二阳极电解液载体浆料150、152中的另一个电化学吸引阳极电解液溶液的放电的阳极电解液活性材料。
例如，第一阳极电解液载体浆料150的电负性可大于第二阳极电解液载体浆料152的电负性，使得第一阳极电解液载体浆料150电化学吸引多种放电的阳极电解液活性材料，第二阳极电解液载体浆料152电化学吸引多种带电的阳极电解液活性材料，并且多种放电的阳极电解液活性材料在多种带电的阳极电解液活性材料上方浮动。此外，第一阳极电解液载体浆料150的电负性可小于第二阳极电解液载体浆料152的电负性，使得第一阳极电解液载体浆料150电化学吸引多种带电的阳极电解液活性材料，第二阳极电解液载体浆料152电化学吸引多种放电的阳极电解液活性材料，并且多种带电的阳极电解液活性材料在多种放电的阳极电解液活性材料上方浮动。
第一和第二阴极电解液载体浆料154、156是不混溶的，使得第一和第二阴极电解液载体浆料154、156当容纳在阴极电解液槽140内时分离。此外，第一阴极电解液载体浆料154的密度小于第二阴极电解液载体浆料156的密度，使得当第一和第二阴极电解液载体浆料154、156容纳在阴极电解液槽140内时，第一阴极电解液载体浆料154在第二阴极电解液载体浆料156上方浮动。此外，第一阴极电解液载体浆料154的电负性不同于第二阴极电解液载体浆料156的电负性，使得第一和第二阴极电解液载体浆料154、156中的一个电化学吸引阴极电解液溶液的带电的阴极电解液活性材料，并且第一和第二阴极电解液载体浆料154、156中的另一个电化学吸引阴极电解液溶液的放电的阴极电解液活性材料。
例如，第一阴极电解液载体浆料154的电负性可大于第二阴极电解液载体浆料156的电负性，使得第一阴极电解液载体浆料154电化学吸引多种带电的阴极电解液活性材料，第二阴极电解液载体浆料156电化学吸引多种放电的阴极电解液，并且多种带电的阴极电解液活性材料在多种放电的阴极电解液活性材料上方浮动。此外，第一阴极电解液载体浆料154的电负性可小于第二阴极电解液载体浆料156的电负性，使得第一阴极电解液载体浆料154电化学吸引多种放电的阴极电解液活性材料，第二阴极电解液载体浆料156电化学吸引多种带电的阴极活性材料，并且多种放电的阴极电解液活性材料漂浮在多种带电的阴极电解液活性材料上方。
再次参考图1，阳极电解液槽130包含各自流体地耦接到阳极112的阳极电解液上端132和阳极电解液下端134。低密度阳极电解液通路136在阳极电解液槽130的阳极电解液上端132和阳极112之间延伸并流体地耦接阳极电解液槽130的阳极电解液上端132和阳极112，并且高密度阳极电解液通路138在阳极电解液槽130的阳极电解液下端134和阳极112之间延伸并流体地耦接阳极电解液槽130的阳极电解液下端134和阳极112。低密度阳极电解液通路136和高密度阳极电解液通路138各自包含管、管道或其它流体通路机构。阳极电解液泵139流体地耦接到低密度阳极电解液通路136或高密度阳极电解液通路138中的一个。阳极电解液泵139包含任何流体泵送机构，并且在结构上被配置成在阳极电解液槽130和阳极112之间产生流体流动。虽然图1中描绘的阳极电解液泵139流体地耦接到低密度阳极电解液通路136，但阳极电解液泵139可流体地耦接到高密度阳极电解液通路138，或多个阳极电解液泵139可流体地耦接到低密度阳极电解液通路136或高密度阳极电解液通路138中的一个或两个。
阴极电解液槽140包含各自流体地耦接到阴极122的阴极电解液上端142和阴极电解液下端144。低密度阴极电解液通路146在阴极电解液槽140的阴极电解液上端142和阴极122之间延伸并流体地耦接阴极电解液槽140的阴极电解液上端142和阴极122，并且高密度阴极电解液通路148在阴极电解液槽140的阴极电解液下端144和阴极122之间延伸并流体地耦接阴极电解液槽140的阴极电解液下端144和阴极122。低密度阴极电解液通路146和高密度阴极电解液通路148可包含管、管道或任何其它流体通路。阴极电解液泵149流体地耦接到低密度阴极电解液通路146或高密度阴极电解液通路148中的一个。阴极电解液泵149包含任何流体泵送机构，并且在结构上被配置成在阴极电解液槽140和阴极122之间产生流体流动。虽然图1中描绘的阴极电解液泵149流体地耦接到低密度阴极电解液通路146，但阴极电解液泵149可流体地耦接到高密度阴极电解液通路148，或多个阴极电解液泵149可耦接到低密度阴极电解液通路146或高密度阴极电解液通路148中的一个或两个。
再次参考图1，在流式氧化还原蓄电池系统100的放电操作期间，阳极112可接收与第一或第二阳极电解液载体浆料150、152化学接合的带电的阳极电解液活性材料。阳极112还可接收从由离子交换膜120形成的质子通路108通过阴极122输出的质子，以氧化带电的阳极电解液活性材料，并在阳极112处使氧化的活性材料与第一或第二阳极电解液载体浆料150、152化学分离。当被氧化时，带电的阳极电解液活性材料输出可被阳极导电部分116接收的电子，使得电子在电子放电方向106上沿电路通道172流到发电电路170。此外，在氧化之后，先前带电的阳极电解液活性材料包含放电的阳极电解液活性材料并且从阳极112流回到阳极电解液槽130。
此外，在放电操作期间，当第一阳极电解液载体浆料150在组成上被配置成吸引和化学接合放电的阳极电解液活性材料并且第二阳极电解液载体浆料152在组成上被配置成吸引和化学接合带电的阳极电解液活性材料，使得放电的阳极电解液活性材料在带电的阳极电解液活性材料上方浮动时，阳极电解液泵139可产生在第一流动方向102上从阳极电解液下端134到阳极112和从阳极112到阳极电解液上端132的流体流动。因此，与较高密度第二阳极电解液载体浆料152化学接合的带电的阳极电解液活性材料可沿高密度阳极电解液通路138在第一流动方向102上从阳极电解液下端134流到阳极112，使得阳极112填充有在组成上被配置成进行氧化和放电的带电的阳极电解液活性材料。
在氧化之后，现在放电的阳极电解液活性材料可沿低密度阳极电解液通路136在第一流动方向102上从阳极112流到阳极电解液上端132，使得在第二阳极电解液载体浆料152上方浮动的第一阳极电解液载体浆料150可吸引和化学接合放电的阳极电解液活性材料。此外，当第一阳极电解液载体浆料150在组成上被配置成化学吸引和接合带电的阳极电解液活性材料并且第二阳极电解液载体浆料152在组成上被配置成化学吸引和接合放电的阳极电解液活性材料，使得带电的阳极电解液活性材料在放电的阳极电解液活性材料上方浮动时，阳极电解液泵139可产生在第二流动方向103上从阳极电解液上端132到阳极112和从阳极112到阳极电解液下端134的流体流动。
在放电操作期间，阴极122可接收与第一或第二阴极电解液载体浆料154、156化学接合的带电的阴极电解液活性材料。阴极122还可从发电电路170接收电子以还原带电的阴极电解液活性材料并使带电的阴极电解液活性材料与第一或第二阴极电解液载体浆料154、156化学分离。当被还原时，带电的阴极电解液活性材料输出可被离子交换膜120的质子通路108接收的质子(例如，被阳极112接收的质子)。此外，在还原之后，先前带电的阴极电解液活性材料包含放电的阴极电解液活性材料，并从阴极122流回到阴极电解液槽140。
此外，在放电操作期间，当第一阴极电解液载体浆料154在组成上被配置成吸引和化学接合放电的阴极电解液活性材料并且第二阴极电解液载体浆料156在组成上被配置成吸引和化学接合带电的阴极电解液活性材料，使得放电的阳极电解液活性材料在带电的阴极电解液活性材料上方浮动时，阴极电解液泵149可产生在第一流动方向102上从阴极电解液下端144到阴极122和从阴极122到阴极电解液上端142的流体流动。因此，与较高密度第二阴极电解液载体浆料156化学接合的带电的阴极电解液活性材料可沿高密度阴极电解液通路148在第一流动方向102上从阴极电解液下端144流到阴极122，使得阴极122填充有在组成上被配置成进行还原和放电的带电的阴极电解液活性材料。
在还原之后，现在放电的阴极电解液活性材料可沿低密度阴极电解液通路146在第一流动方向102上从阴极122流到阴极电解液上端142，使得在第二阴极电解液载体浆料156上方浮动的第一阴极电解液载体浆料154可吸引和化学接合放电的阴极电解液活性材料。此外，当第一阴极电解液载体浆料154在组成上被配置成吸引和化学接合带电的阴极电解液活性材料并且第二阴极电解液载体浆料156在组成上被配置成吸引和化学接合放电的阴极电解液活性材料，使得带电的阴极电解液活性材料在带电的阴极电解液活性材料上方浮动时，阴极电解液泵149可产生在第二流动方向103上从阴极电解液上端142到阴极122和从阴极122到阴极电解液下端144的流体流动。
仍然参考图1，在流式氧化还原蓄电池系统100的充电操作期间，阳极112可接收与第一或第二阳极电解液载体浆料150、152化学接合的放电的阳极电解液活性材料。阳极112还可从发电电路170接收电子以还原放电的阳极电解液活性材料并且使放电的阳极电解液活性材料与第一或第二阳极电解液载体浆料150、152化学分离。当被还原时，放电的阳极电解液活性材料输出可被离子交换膜120的质子通路108接收的质子。此外，在还原之后，先前放电的阳极电解液活性材料包含带电的阳极电解液活性材料并且从阳极112流回到阳极电解液槽130。
此外，在充电操作期间，当第一阳极电解液载体浆料150在组成上被配置成吸引和化学接合放电的阳极电解液活性材料并且第二阳极电解液载体浆料152在组成上被配置成吸引和化学接合带电的阳极电解液活性材料，使得放电的阳极电解液活性材料在带电的阳极电解液活性材料上方浮动时，阳极电解液泵139可产生在第二流动方向103上从阳极电解液上端132到阳极112和从阳极112到阳极电解液下端134的流体流动。因此，与较低密度第一阳极电解液载体浆料150化学接合的放电的阳极电解液活性材料可沿低密度阳极电解液通路136在第二流动方向103上从阳极电解液上端132流到阳极112，使得阳极112填充有在组成上被配置成进行还原和充电的放电的阳极电解液活性材料。
在还原之后，现在带电的阳极电解液活性材料可沿高密度阳极电解液通路138在第二流动方向103上从阳极112流到阳极电解液下端134，使得位于第一阳极电解液载体浆料150下方的第二阳极电解液载体浆料152可吸引和化学接合带电的阳极电解液活性材料。此外，当第一阳极电解液载体浆料150在组成上被配置成吸引和化学接合带电的阳极电解液活性材料并且第二阳极电解液载体浆料152在组成上被配置成吸引和化学接合放电的阳极电解液活性材料，使得带电的阳极电解液活性材料在放电的阳极电解液活性材料上方浮动时，阳极电解液泵139可产生在第一流动方向102上从阳极电解液上端132到阳极112和从阳极112到阳极电解液下端134的流体流动。
在充电操作期间，阴极122可接收与第一或第二阴极电解液载体浆料154、156化学接合的放电的阴极电解液活性材料。阴极122还可接收从由离子交换膜120形成的质子通路108通过阳极112输出的质子，以氧化放电的阴极电解液活性材料，并在阴极122处使氧化的活性材料与第一或第二阴极电解液载体浆料154、156化学分离。当被氧化时，放电的阴极电解液活性材料输出可被阴极导电端口126接收的电子，使得电子在电子充电方向107上沿电路通路172流到发电电路170。此外，在氧化之后，先前放电的阴极电解液活性材料包含带电的阴极电解液活性材料，并从阴极122流回到阴极电解液槽140。
此外，在充电操作期间，当第一阴极电解液载体浆料154在组成上被配置成吸引和化学接合放电的阴极电解液活性材料并且第二阴极电解液载体浆料156在组成上被配置成吸引和化学接合带电的阴极电解液活性材料，使得放电的阴极电解液活性材料在带电的阴极电解液活性材料上方浮动时，阴极电解液泵149可产生在第二流动方向103上从阴极电解液上端142到阴极122和从阴极122到阴极电解液下端144的流体流动。因此，与较低密度第一阴极电解液载体浆料154化学接合的放电的阴极电解液活性材料可沿低密度阴极电解液通路146在第二流动方向103上从阴极电解液上端142流到阴极122，使得阴极122填充有在组成上被配置成进行氧化和充电的放电的阴极电解液活性材料。
在氧化之后，现在带电的阴极电解液活性材料可沿高密度阴极电解液通路148在第二流动方向103上从阴极122流到阴极电解液下端144，使得位于第一阴极电解液载体浆料154下方的第二阴极电解液载体浆料156可吸引和化学接合带电的阴极电解液活性材料。此外，当第一阴极电解液载体浆料154在组成上被配置成吸引和化学接合带电的阴极电解液活性材料并且第二阴极电解液载体浆料156在组成上被配置成吸引和化学接合放电的阴极电解液活性材料，使得带电的阴极电解液活性材料在带电的阴极电解液活性材料上方浮动时，阴极电解液泵149可产生在第一流动方向102上从阴极电解液上端142到阴极122和从阴极122到阴极电解液下端144的流体流动。
在操作中，在电化学电池110的操作期间，阳极112内的反应物阳极电解液活性材料和阴极122内的反应物阴极电解液活性材料的浓度增加，降低了流式氧化还原蓄电池系统100的电化学损失。例如，当使流式氧化还原电池系统100放电时，带电的阳极电解液活性材料是反应物阳极电解液活性材料并且带电的阴极电解液活性材料是反应物阴极电解液活性材料，并且当对流式氧化还原蓄电池系统100充电时，放电的阳极电解液活性材料是反应物阳极电解液活性物质材料并且放电的阴极电解液活性材料是反应物阴极电解液活性材料。因此，在阳极电解液槽130内分离带电和放电的阳极电解液活性材料和在阴极电解液槽140内分离带电和放电的阴极电解液活性材料，以及选择性地将反应物阳极电解液活性材料泵送到阳极112中和将反应物阴极电解液活性材料泵送到阴极122中，可通过减少流式氧化还原蓄电池系统100的电化学损失，提高流式氧化还原蓄电池系统100的效率。
例如，流式氧化还原蓄电池系统100包含开路电压VOC或电动势(EMF)，其是在开路条件(例如，当发电电路170中存在零电流时)下可由流式氧化还原蓄电池系统100产生的最大电压。开路电压VOC受在电化学电池110处的还原和氧化反应、阳极112中的反应物阳极电解液材料和阴极122中的反应物阴极电解液活性材料的浓度(能斯特电压)和操作温度的影响。
流式氧化还原蓄电池系统100的开路电压VOC可在数学上描述为其中是阳极112和阴极122之间的可逆的最大电压，R是通用气体常数，T是电化学电池110的操作温度，n是在电化学电池110氧化还原半反应中转移的电子摩尔数，例如，沿电路通路172在阳极电解液溶液和阴极电解液溶液之间转移的电子摩尔数，F是法拉第常数，其为96485库仑/摩尔，aox是氧化剂物质的活性(例如，放电操作期间的阳极电解液溶液或在充电操作期间的阴极电解液溶液)并且ared是还原剂物质的活性(例如，在充电操作期间的阳极电解液溶液或在放电操作期间的阴极电解液溶液)。
当流式氧化还原蓄电池系统100放电或充电时，活性比率改变。例如，活性比率在完全充电时最大化。此外，活性比率在较低电荷下降低，因为反应物活性材料的浓度降低，并且非反应物活性材料的浓度增加，这可能降低开路电压VOC。因此，分离在每个阳极电解液和阴极电解液溶液中的带电和放电的阳极电解液和阴极电解液活性材料可使在电化学电池110内的反应物活性材料浓度最大化并且提高流式氧化还原蓄电池系统100的开路电压VOC的。
作为说明性实例，当阳极电解液溶液包含钒时，多种带电的阳极电解液活性材料可各自包含V2+，并且多种放电的阳极电解液活性材料可各自包含V3+。在放电操作期间，阳极112处的氧化反应可在化学上描述为V2+→V3++e-。在阳极112处，带电的阳极电解液活性材料V2+被氧化成放电的阳极电解液活性材料V3+并且电子e-被输出到发电电路170的电路通路172。阳极112在约25℃下产生的电压可约为-0.26V。此外，应该理解，在充电操作期间，阳极112处的还原反应可在化学上描述为V3++e-→V2+。
当阴极电解液溶液包含钒时，多种带电的阴极电解液活性材料可各自包含V5+(例如)并且多种放电的阴极电解液活性材料可各自包含V4+(例如，VO2+)。在放电操作期间，在阴极122处的还原反应可在化学上描述为在阴极122处，带电的阴极电解液活性材料V5+()被还原成放电的阴极电解液活性材料V4+(VO2+)，在接收到来自发电电路170的电路通路172的电子e-，例如，在氧化反应期间由阳极112输出的电子e-时。阴极122在约25℃下产生的电压等于约1.0V。此外，应该理解，在充电操作期间，阴极122处的还原反应可在化学上描述为
此外，阳极112的电极电位可在数学上描述为 并且阴极122的电极电位可在数学上描述为 因此，电化学电池110的总电压可在数学上描述为其中是在电化学电池110中带电的阴极电解液活性材料的浓度，[VO2+]是在电化学电池110中放电的阴极电解液活性材料的浓度，[V2+]是在电化学电池110中的带电的阳极电解液活性材料的浓度，[V3+]是在电化学电池110中放电的阳极电解液活性材料的浓度，并且[H+]是在电化学电池110中的H+质子浓度。
电化学电池110还包含唐南过电位VDon，其沿离子交换膜120的质子通路108由阳极112和阴极122之间的H+质子浓度差产生。唐南过电位可在数学上描述为其中[H+]阴极是在阴极122中H+质子的浓度和[H+]阳极是在阳极112中的H+质子的浓度。因此，流式氧化还原蓄电池系统100的整体开路电压可在数学上描述为
此外，流式氧化还原蓄电池系统100内的剩余电荷的量为电荷状态(SOC)，并且可在数学上由表示，其中[V]是总体地在阳极电解液溶液和阴极电解液溶液中的钒浓度，Δ[H+]是在阳极112或阴极122中的H+质子浓度的变化，例如，原来的H+质子浓度和当前H+质子之间的差。因此，流式氧化还原蓄电池系统100的整体开路电压也可也可相对于电荷状态SOC在数学上表示为
分别在阳极电解液槽130和阴极电解液槽140内分离带电和放电的阳极电解液活性材料以及带电和放电的阴极电解液活性材料分别可最小化反应物活性材料再循环回到阳极电解液槽130和阴极电解液槽140，并且最小化引入电化学电池110中的非反应物活性材料的量。这提高流式氧化还原蓄电池系统100的开路电压，因为产物反应物活性材料的浓度在操作期间可是恒定的，如在数学上通过[Aβ+]＝a[Aα+]°和[Bγ+]＝a[Bδ+]°描述，其中α是分别再循环回到阳极电解液槽130和阴极电解液槽140的反应物活性材料百分比，并且[Aα+]°和[Bδ+]°分别为反应物活性材料的初始(满充电)浓度。因此，电荷状态SOC可在数学上描述为并且开路电压可在数学上描述为
现在参考图3，描绘了曲线图190，其示出了流式氧化还原蓄电池系统100的开路电压对SOC百分比。曲线194，标记为“混合活性材料”，描绘流式氧化还原蓄电池系统100的开路电压对SOC百分比，其中所述流式氧化还原蓄电池系统100不具有阳极电解液或阴极电解液载体浆料150、152、154、156，使得带电和放电的阳极电解液活性材料在阳极电解液槽130和阳极112两者内混合，并且带电和放电的阴极电解液活性材料在阴极电解液槽140和阴极122两者内混合。曲线192，标记为“载体浆料分离的活性材料”，描绘流式氧化还原蓄电池系统100的开路电压对SOC百分比，所述流式氧化还原蓄电池系统100使用阳极电解液和阴极电解液载体浆料150、152、154、156以在阳极电解液槽130内分离带电和放电的阳极电解液活性材料，在阴极电解液槽140内分离带电和放电的阴极电解液活性材料，如上文所述。如图3所描绘，相比于曲线194时，曲线192示出了流式氧化还原蓄电池系统100的每一个SOC百分比处更高的开路电压此外，随着SOC百分比减小，曲线192与曲线194的开路电压之间的间隙增大。
应注意，本文中以特定方式“配置”以体现特定属性或以特定方式起作用的本公开的组件的叙述是结构性叙述，与预期用途的叙述相反。更具体来说，本文中对组件“配置”的方式的引用表示组件的现有物理状况，并且因此，将被视为组件的结构特征的明确叙述。
出于描述和定义本发明的目的，应注意，术语“约”在本文中用于表示可归因于任何定量比较、值、测量或其它表示的固有不确定度。术语“约”在本文中也用于表示定量表示可与所述参考不同而不会导致所讨论主题的基本功能发生变化的程度。
已经详细描述了本公开的主题并且通过参考其具体实施例，应注意，本文公开的各种细节不应被视为暗示这些细节涉及作为本文描述的各种实施例的基本组件的元件，即使在伴随本说明书的每个附图中示出了特定元件的情况下也是如此。此外，显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，修改和变化是可能的，包括但不限于在所附权利要求中限定的实施例。更具体来说，尽管本公开的一些方面在本文中被标识为优选的或特别有利的，但预期本公开不必限于这些方面。
应注意，以下权利要求书中的一个或多个使用术语“其中”作为过渡短语。出于限定本发明的目的，应注意，此术语在权利要求书中作为开放式过渡短语引入，所述短语用于引入结构的一系列特征的叙述，并且应以类似的方式解释为更常用的开放式前导词术语“包含”。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种流式氧化还原蓄电池系统，其包含电化学电池、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一阳极电解液载体浆料、第二阳极电解液载体浆料、第一阴极电解液载体浆料、第二阴极电解液载体浆料和发电电路，其中：
所述电化学电池包含位于阳极和阴极之间并与所述阳极和所述阴极电化学接合的离子交换膜；
所述发电电路电耦接到所述阳极和所述阴极；
所述阳极电解液槽包含流体地耦接到所述阳极的阳极电解液上端和流体地耦接到所述阳极的阳极电解液下端；
所述阴极电解液槽包含流体地耦接到所述阴极的阴极电解液上端和流体地耦接到所述阴极的阴极电解液下端；
所述第一阳极电解液载体浆料包含一定量的悬浮浆料粒，每种悬浮浆料粒界定第一密度和第一电负性；
所述第二阳极电解液载体浆料包含一定量的悬浮浆料粒，每种悬浮浆料粒界定第二密度和第二电负性；
所述第一阳极电解液载体浆料的所述第一密度和所述第一电负性不同于所述第二阳极电解液载体浆料的所述第二密度和所述第二电负性；
所述第一阴极电解液载体浆料包含一定量的悬浮浆料粒，每种悬浮浆料粒界定第一密度和第一电负性；
所述第二阴极电解液载体浆料包含一定量的悬浮浆料粒，每种悬浮浆料粒界定第二密度和第二电负性；且
所述第一阴极电解液载体浆料的所述第一密度和所述第一电负性不同于所述第二阴极电解液载体浆料的所述第二密度和所述第二电负性。
2.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中当所述第一和第二阳极电解液载体浆料容纳在所述阳极电解液槽内时，所述第一阳极电解液载体浆料在所述第二阳极电解液载体浆料上方浮动。
3.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述第一阳极电解液载体浆料的所述电负性大于所述第二阳极电解液载体浆料的所述电负性，使得所述第一阳极电解液载体浆料电化学吸引放电的阳极电解液活性材料并且所述第二阳极电解液载体浆料电化学吸引带电的阳极电解液活性材料。
4.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述第一阳极电解液载体浆料的所述电负性小于所述第二阳极电解液载体浆料的所述电负性，使得所述第一阳极电解液载体浆料电化学吸引带电的阳极电解液活性材料并且所述第二阳极电解液载体浆料电化学吸引放电的阳极电解液活性材料。
5.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中当所述第一和第二阴极电解液载体浆料容纳在所述阴极电解液槽内时，所述第一阴极电解液载体浆料在所述第二阴极电解液载体浆料上方浮动。
6.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述第一阴极电解液载体浆料的所述电负性大于所述第二阴极电解液载体浆料的所述电负性，使得所述第一阴极电解液载体浆料电化学吸引带电的阴极电解液活性材料并且所述第二阴极电解液载体浆料电化学吸引放电的阴极电解液。
7.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述第一阴极电解液载体浆料的所述电负性小于所述第二阴极电解液载体浆料的所述电负性，使得所述第一阴极电解液载体浆料电化学吸引放电的阴极电解液并且所述第二阴极电解液载体浆料电化学吸引带电的阴极电解液活性材料。
8.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述第一和第二阳极电解液载体浆料以及所述第一和第二阴极电解液载体浆料的所述悬浮浆料粒各自包含惰性核和与所述惰性核化学接合的一种或多种活性颗粒。
9.根据权利要求8所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述惰性核包含一个或多个官能化表面区域并且所述一种或多种活性颗粒在所述一个或多个官能化表面区域处与所述惰性核化学接合。
10.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其进一步包含在所述阳极电解液槽的所述阳极电解液上端和所述阳极之间延伸并流体地耦接所述阳极电解液槽的所述阳极电解液上端和所述阳极的低密度阳极电解液通路，和在所述阳极电解液槽的所述阳极电解液下端和所述阳极之间延伸并流体地耦接所述阳极电解液槽的所述阳极电解液下端和所述阳极的高密度阳极电解液通路。
11.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其进一步包含在所述阴极电解液槽的所述阴极电解液上端和所述阴极之间延伸并流体地耦接所述阴极电解液槽的所述阴极电解液上端和所述阴极的低密度阴极电解液通路，和在所述阴极电解液槽的所述阴极电解液下端和所述阴极之间延伸并流体地耦接所述阴极电解液槽的所述阴极电解液下端和所述阴极的高密度阴极电解液通路。
12.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其进一步包含安置在所述阳极电解液槽内从而可与所述第一阳极电解液载体浆料和所述第二阳极电解液载体浆料化学接合的阳极电解液溶液。
13.根据权利要求12所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述阳极电解液溶液的一种或多种活性材料包含钒、铬、锌、硫、镎、铀或其组合。
14.根据权利要求12所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述阳极电化学地被配置成：
使带电的阳极电解液活性材料与所述第一或第二阳极电解液载体浆料化学分离并氧化所述带电的阳极电解液活性材料，使得所述带电的阳极电解液活性材料在接收与所述第一或第二阳极电解液载体浆料电化学接合的所述带电的阳极电解液活性材料和来自所述离子交换膜的质子两者时，输出可被所述发电电路接收的电子；和
使放电的阳极电解液活性材料与所述第一或第二阳极电解液载体浆料化学分离并还原所述放电的阳极电解液活性材料，使得所述放电的阳极电解液活性材料在接收与所述第一或第二阳极电解液载体浆料化学接合的所述放电的阳极电解液活性材料和来自所述发电电路的电子两者时，输出可被所述离子交换膜接收的质子。
15.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其进一步包含安置在所述阴极电解液槽内从而可与所述第一阴极电解液载体浆料和所述第二阴极电解液载体浆料化学接合的阴极电解液溶液。
16.根据权利要求15所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述阴极电解液溶液的一种或多种活性材料包含钒、溴、铈、氯、铁氰化物、亚铁氰化物、锰、氧化镎、氧化铀或其组合。
17.根据权利要求15所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述阴极电化学地被配置成：
使带电的阴极电解液活性材料与所述第一或第二阴极电解液载体浆料化学分离并还原所述带电的阴极电解液活性材料，使得所述带电的阴极电解液活性材料在接收与所述第一或第二阴极电解液载体浆料化学接合的所述带电的阴极电解液活性材料和来自所述发电电路的电子两者时，输出可被所述离子交换膜接收的质子；和
使放电的阴极电解液活性材料与所述第一或第二阴极电解液载体浆料化学分离并氧化所述放电的阴极电解液活性材料，使得所述放电的阴极电解液活性材料在接收与所述第一或第二阴极电解液载体浆料化学接合的所述放电的阴极电解液活性材料和来自所述离子交换膜的质子两者时，输出可被所述发电电路接收的电子。
18.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述离子交换膜包含在结构上被配置成在所述阳极和所述阴极之间提供质子通路的固态质子传导材料。
19.一种流式氧化还原蓄电池系统，其包含电化学电池、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一阳极电解液载体浆料、第二阳极电解液载体浆料、第一阴极电解液载体浆料、第二阴极电解液载体浆料、阳极电解液溶液、阴极电解液溶液和发电电路，其中：
所述电化学电池包含位于阳极和阴极之间并与所述阳极和所述阴极电化学接合的离子交换膜；
所述发电电路电耦接到所述阳极和所述阴极；
所述阳极电解液槽包含流体地耦接到所述阳极的阳极电解液上端和流体地耦接到所述阳极的阳极电解液下端；
所述阴极电解液槽包含流体地耦接到所述阴极的阴极电解液上端和流体地耦接到所述阴极的阴极电解液下端；
所述阳极电解液溶液可与所述第一阳极电解液载体浆料和所述第二阳极电解液载体浆料化学接合；
所述阴极电解液溶液可与所述第一阴极电解液载体浆料和所述第二阴极电解液载体浆料化学接合；
所述第一阳极电解液载体浆料包含一定量的悬浮浆料粒，每种悬浮浆料粒各自包含惰性核和与所述惰性核化学接合的一种或多种活性颗粒，以界定所述第一阳极电解液载体浆料的第一密度和第一电负性；
所述第二阳极电解液载体浆料包含一定量的悬浮浆料粒，每种悬浮浆料粒各自包含惰性核和与所述惰性核化学接合的一种或多种活性颗粒，以界定所述第二阳极电解液载体浆料的第二密度和第二电负性；
所述第一阳极电解液载体浆料的所述第一密度和所述第一电负性不同于所述第二阳极电解液载体浆料的所述第二密度和所述第二电负性；
所述第一阴极电解液载体浆料包含一定量的悬浮浆料粒，每种悬浮浆料粒各自包含惰性核和与所述惰性核化学接合的一种或多种活性颗粒，以界定所述第一阴极电解液载体浆料的第一密度和第一电负性；
所述第二阴极电解液载体浆料包含一定量的悬浮浆料粒，每种悬浮浆料粒各自包含惰性核和与所述惰性核化学接合的一种或多种活性颗粒，以界定所述第二阴极电解液载体浆料的第二密度和第二电负性；且
所述第一阴极电解液载体浆料的所述第一密度和所述第一电负性不同于所述第二阴极电解液载体浆料的所述第二密度和所述第二电负性。
20.一种流式氧化还原蓄电池系统，其包含电化学电池、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一阳极电解液载体浆料、第二阳极电解液载体浆料、第一阴极电解液载体浆料、第二阴极电解液载体浆料和发电电路，其中：
所述电化学电池包含位于阳极和阴极之间并与所述阳极和所述阴极电化学接合的离子交换膜；
所述发电电路电耦接到所述阳极和所述阴极；
所述阳极电解液槽包含流体地耦接到所述阳极的阳极电解液上端和流体地耦接到所述阳极的阳极电解液下端；
所述阴极电解液槽包含流体地耦接到所述阴极的阴极电解液上端和流体地耦接到所述阴极的阴极电解液下端；
所述第一阳极电解液载体浆料的第一密度小于所述第二阳极电解液载体浆料的第二密度；
当所述第一和第二阳极电解液载体浆料容纳在所述阳极电解液槽内时，所述第一阳极电解液载体浆料在所述第二阳极电解液载体浆料上方浮动；
所述第一阳极电解液载体浆料的第一电负性小于所述第二阳极电解液载体浆料的第二电负性；
电负性较高之所述第一和第二阳极电解液浆料电化学吸引放电的阳极活性材料；
电负性较低之所述第一和第二阳极电解液浆料电化学吸引带电的阳极活性材料；
所述第一阴极电解液载体浆料的第一密度小于所述第二阴极电解液载体浆料的第二密度；
当所述第一和第二阴极电解液载体浆料容纳在所述阴极电解液槽内时，所述第一阴极电解液载体浆料在所述第二阴极电解液载体浆料上方浮动；
所述第一阴极电解液载体浆料的第一电负性不同于所述第二阴极电解液载体浆料的第二电负性；
电负性较高之所述第一和第二阴极电解液浆料电化学吸引放电的阳极活性材料；并且
电负性较低之所述第一和第二阴极电解液浆料电化学吸引带电的阳极活性材料。
21.一种流式氧化还原蓄电池系统，其包含：
电化学电池；
发电电路；
流体地耦接到所述电化学电池的阳极电解液槽，并且其含有阳极电解液溶液、第一阳极电解液载体浆料和第二阳极电解液载体浆料，使得经由每种各别第一和第二阳极电解液载体浆料内所含有的悬浮阳极电解液浆料粒的密度差异，所述第一和第二阳极电解液载体浆料彼此至少部分为不可混溶的，并且进一步使得所述悬浮阳极电解液浆料粒赋予所述第一阳极电解液载体浆料与所述第二阳极电解液载体浆料之间的电负性差异以便使所述阳极电解液溶液内含有的活性材料氧化还原对内的放电或带电的阳极电解液活性材料中的一种优选地接合所述第一和第二阳极电解液浆料粒中的一种，同时所述放电或带电的阳极电解液活性材料中的另一种优选地接合所述第一和第二阳极电解液浆料粒中的另一种；和
流体地耦接到所述电化学电池的阴极电解液槽阴极电解液槽，并且其含有阴极电解液溶液、第一阴极电解液载体浆料和第二阴极电解液载体浆料，使得经由每种各别第一和第二阴极电解液载体浆料内所含有的悬浮阴极电解液浆料粒的密度差异，所述第一和第二阴极电解液载体浆料彼此至少部分为不可混溶的，并且进一步使得所述悬浮阴极电解液浆料粒赋予所述第一阴极电解液载体浆料与所述第二阴极电解液载体浆料之间的电负性差异以便使所述阴极电解液溶液内含有的活性材料氧化还原对内的放电或带电的阴极电解液活性材料中的一种优选地接合所述第一和第二阴极电解液浆料粒中的一种，同时所述放电或带电的阴极电解液活性材料中的另一种优选地接合所述第一和第二阴极电解液浆料粒中的另一种。
Claims (20)
1.一种流式氧化还原蓄电池系统，其包含电化学电池、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一阳极电解液载体浆料、第二阳极电解液载体浆料、第一阴极电解液载体浆料、第二阴极电解液载体浆料和发电电路，其中：
所述电化学电池包含位于阳极和阴极之间并与所述阳极和所述阴极电化学接合的离子交换膜；
所述发电电路电耦接到所述阳极和所述阴极；
所述阳极电解液槽包含流体地耦接到所述阳极的阳极电解液上端和流体地耦接到所述阳极的阳极电解液下端；
所述阴极电解液槽包含流体地耦接到所述阴极的阴极电解液上端和流体地耦接到所述阴极的阴极电解液下端；
所述第一阳极电解液载体浆料的密度小于所述第二阳极电解液载体浆料的密度，并且电负性不同于所述第二阳极电解液载体浆料的电负性；
并且
所述第一阴极电解液载体浆料的密度小于所述第二阴极电解液载体浆料的密度，并且电负性不同于所述第二阴极电解液载体浆料的电负性。
2.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中当所述第一和第二阳极电解液载体浆料容纳在所述阳极电解液槽内时，所述第一阳极电解液载体浆料在所述第二阳极电解液载体浆料上方浮动。
3.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述第一阳极电解液载体浆料的所述电负性大于所述第二阳极电解液载体浆料的所述电负性，使得所述第一阳极电解液载体浆料电化学吸引放电的阳极电解液活性材料并且所述第二阳极电解液载体浆料电化学吸引带电的阳极电解液活性材料。
4.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述第一阳极电解液载体浆料的所述电负性小于所述第二阳极电解液载体浆料的所述电负性，使得所述第一阳极电解液载体浆料电化学吸引带电的阳极电解液活性材料并且所述第二阳极电解液载体浆料电化学吸引放电的阳极电解液活性材料。
5.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中当所述第一和第二阴极电解液载体浆料容纳在所述阴极电解液槽内时，所述第一阴极电解液载体浆料在所述第二阴极电解液载体浆料上方浮动。
6.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述第一阴极电解液载体浆料的所述电负性大于所述第二阴极电解液载体浆料的所述电负性，使得所述第一阴极电解液载体浆料电化学吸引带电的阴极电解液活性材料并且所述第二阴极电解液载体浆料电化学吸引放电的阴极电解液。
7.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述第一阴极电解液载体浆料的所述电负性小于所述第二阴极电解液载体浆料的所述电负性，使得所述第一阴极电解液载体浆料电化学吸引放电的阴极电解液并且所述第二阴极电解液载体浆料电化学吸引带电的阴极电解液活性材料。
8.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述第一和第二阳极电解液载体浆料以及所述第一和第二阴极电解液载体浆料各自包含多种浆料粒，每种浆料粒包含惰性核和与所述惰性核化学接合的一种或多种活性颗粒。
9.根据权利要求8所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述惰性核包含一个或多个官能化表面区域并且所述一种或多种活性颗粒在所述一个或多个官能化表面区域处与所述惰性核化学接合。
10.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其进一步包含在所述阳极电解液槽的所述阳极电解液上端和所述阳极之间延伸并流体地耦接所述阳极电解液槽的所述阳极电解液上端和所述阳极的低密度阳极电解液通路，和在所述阳极电解液槽的所述阳极电解液下端和所述阳极之间延伸并流体地耦接所述阳极电解液槽的所述阳极电解液下端和所述阳极的高密度阳极电解液通路。
11.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其进一步包含在所述阴极电解液槽的所述阴极电解液上端和所述阴极之间延伸并流体地耦接所述阴极电解液槽的所述阴极电解液上端和所述阴极的低密度阴极电解液通路，和在所述阴极电解液槽的所述阴极电解液下端和所述阴极之间延伸并流体地耦接所述阴极电解液槽的所述阴极电解液下端和所述阴极的高密度阴极电解液通路。
12.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，进一步包含可与所述第一阳极电解液载体浆料和所述第二阳极电解液载体浆料化学接合的阳极电解液溶液。
13.根据权利要求12所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述阳极电解液溶液的一种或多种活性材料包含钒、铬、锌、硫、镎、铀或其组合。
14.根据权利要求12所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述阳极电化学地被配置成：
使带电的阳极电解液活性材料与所述第一或第二阳极电解液载体浆料化学分离并氧化所述带电的阳极电解液活性材料，使得所述带电的阳极电解液活性材料在接收与所述第一或第二阳极电解液载体浆料电化学接合的所述带电的阳极电解液活性材料和来自所述离子交换膜的质子两者时，输出可被所述发电电路接收的电子；和
使放电的阳极电解液活性材料与所述第一或第二阳极电解液载体浆料化学分离并还原所述放电的阳极电解液活性材料，使得所述放电的阳极电解液活性材料在接收与所述第一或第二阳极电解液载体浆料化学接合的所述放电的阳极电解液活性材料和来自所述发电电路的电子两者时，输出可被所述离子交换膜接收的质子。
15.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其进一步包含可与所述第一阴极电解液载体浆料和所述第二阴极电解液载体浆料化学接合的阴极电解液溶液。
16.根据权利要求15所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述阴极电解液溶液的一种或多种活性材料包含钒、溴、铈、氯、铁氰化物、亚铁氰化物、锰、氧化镎、氧化铀或其组合。
17.根据权利要求15所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述阴极电化学地被配置成：
使带电的阴极电解液活性材料与所述第一或第二阴极电解液载体浆料化学分离并还原所述带电的阴极电解液活性材料，使得所述带电的阴极电解液活性材料在接收与所述第一或第二阴极电解液载体浆料化学接合的所述带电的阴极电解液活性材料和来自所述发电电路的电子两者时，输出可被所述离子交换膜接收的质子；和
使放电的阴极电解液活性材料与所述第一或第二阴极电解液载体浆料化学分离并氧化所述放电的阴极电解液活性材料，使得所述放电的阴极电解液活性材料在接收与所述第一或第二阴极电解液载体浆料化学接合的所述放电的阴极电解液活性材料和来自所述离子交换膜的质子两者时，输出可被所述发电电路接收的电子。
18.根据权利要求1所述的流式氧化还原蓄电池系统，其中所述离子交换膜包含在结构上被配置成在所述阳极和所述阴极之间提供质子通路的固态质子传导材料。
19.一种流式氧化还原蓄电池系统，其包含电化学电池、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一阳极电解液载体浆料、第二阳极电解液载体浆料、第一阴极电解液载体浆料、第二阴极电解液载体浆料、阳极电解液溶液、阴极电解液溶液和发电电路，其中：
所述电化学电池包含位于阳极和阴极之间并与所述阳极和所述阴极电化学接合的离子交换膜；
所述发电电路电耦接到所述阳极和所述阴极；
所述阳极电解液槽包含流体地耦接到所述阳极的阳极电解液上端和流体地耦接到所述阳极的阳极电解液下端；
所述阴极电解液槽包含流体地耦接到所述阴极的阴极电解液上端和流体地耦接到所述阴极的阴极电解液下端；
所述阳极电解液溶液可与所述第一阳极电解液载体浆料和所述第二阳极电解液载体浆料化学接合；
所述阴极电解液溶液可与所述第一阴极电解液载体浆料和所述第二阴极电解液载体浆料化学接合；
所述第一阳极电解液载体浆料的密度小于所述第二阳极电解液载体浆料的密度，并且电负性不同于所述第二阳极电解液载体浆料的电负性；
所述第一阴极电解液载体浆料的密度小于所述第二阴极电解液载体浆料的密度，并且电负性不同于所述第二阴极电解液载体浆料的电负性；
并且
所述第一和第二阳极电解液载体浆料以及所述第一和第二阴极电解液载体浆料各自包含多种浆料粒，每种浆料粒包含惰性核和与所述惰性核化学接合的一种或多种活性颗粒。
20.一种流式氧化还原蓄电池系统，其包含电化学电池、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一阳极电解液载体浆料、第二阳极电解液载体浆料、第一阴极电解液载体浆料、第二阴极电解液载体浆料和发电电路，其中：
所述电化学电池包含位于阳极和阴极之间并与所述阳极和所述阴极电化学接合的离子交换膜；
所述发电电路电耦接到所述阳极和所述阴极；
所述阳极电解液槽包含流体地耦接到所述阳极的阳极电解液上端和流体地耦接到所述阳极的阳极电解液下端；
所述阴极电解液槽包含流体地耦接到所述阴极的阴极电解液上端和流体地耦接到所述阴极的阴极电解液下端；
所述第一阳极电解液载体浆料的密度小于所述第二阳极电解液载体浆料的密度，使得当所述第一和第二阳极电解液载体浆料容纳在所述阳极电解液槽内时，所述第一阳极电解液载体浆料在所述第二阳极电解液载体浆料上方浮动；
所述第一阳极电解液载体浆料的电负性大于所述第二阳极电解液载体浆料的电负性，使得所述第一阳极电解液载体浆料电化学吸引放电的阳极电解液活性材料并且所述第二阳极电解液载体浆料电化学吸引带电的阳极电解液活性材料；
所述第一阴极电解液载体浆料的密度小于所述第二阴极电解液载体浆料的密度，使得当所述第一和第二阴极电解液载体浆料容纳在所述阴极电解液槽内时，所述第一阴极电解液载体浆料在所述第二阴极电解液载体浆料上方浮动；并且
所述第一阴极电解液载体浆料的电负性小于所述第二阴极电解液载体浆料的电负性，使得所述第一阴极电解液载体浆料电化学吸引放电的阴极电解液，并且所述第二阴极电解液载体浆料电化学吸引带电的阴极电解液活性材料。
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