CN111937204A - 带有具有介电涂层的集电器的液流电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可充电液流电池，其中液流电池包括：第一电极和第二电极，第一电极和第二电极是分离的，从而允许离子在第一电极和第二电极之间流动，其中包括或用于保存第一流体电解质的第一储液器流体地连接至第一电极，从而允许第一流体电解质从第一储液器到第一电极以及从第一电极到第一储液器的循环；以及第一集电器，包括具有相对的第一侧和第二侧的导电材料层，其中第一电极被设置在第一集电器的第一侧上，使得电子能够从电极流动到第一集电器，并且第一介电材料层被设置在第一集电器的第二侧上。

Description

带有具有介电涂层的集电器的液流电池

背景技术

大规模能源存储在能够推广利用可再生能源存储技术的能源方面起着重要作用。氧化还原液流电池(RFB)是一种用于大规模存储由诸如风能和太阳能等可再生能源利用的能量的很有前途的候选电池，可也可作为独立的电源系统，甚至在车辆应用中使用。RFB具有能够将电能从能量中分离的特殊优势：前者通常是(多个)电池单元构架的特征(电极面积、工作电压等)，而后者则取决于可用电解质的体积(和浓度)。由于其固有的设计灵活性，该特性使RFB能够用于许多所描述应用中。

单个RFB电池单元通常由两个电极和集电器构造，这两个电极可以是碳基的、和/或由膜分离的毡、布、纸等的形式，这取决于电池和集电器的化学反应。典型的RFB电池堆将具有许多以具有内部或外部歧管的双极配置组装的单个电池单元。双极碳电极通常被设置在每个电池单元之间，以允许电流从一个电池单元流到下一个电池单元。整个组件用外部螺栓固定的端板来压缩和密封。

在RFB领域已经进行了大量研究。许多研究集中在RFB构架中的不同组件上，即电解质的不同化学组成、RFB调节策略、电极结构和膜。然而，RFB仍具有一些缺点，诸如制造成本以及如果电池堆中出现一个电池单元失效时的困难。能够提高氧化还原液流电池的性能，诸如减少某些RFB配置中可以看到的质量输送损失，将是符合期望的。

因此，提供现有技术的RFB的替代方案或改进是符合期望的。

发明内容

在第一方面，提供一种可充电液流电池，其中液流电池包括：

第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极是分离的，从而允许离子在第一电极和第二电极之间流动，其中包括或用于保存第一流体电解质的第一储液器流体地连接至第一电极，从而允许第一流体电解质从第一储液器到第一电极以及从第一电极到第一储液器的循环；以及

第一集电器，包括具有相对的第一侧和第二侧的导电材料层，其中第一电极被设置在第一集电器的第一侧上，使得电子可以从电极流动到第一集电器，并且第一介电材料层被设置在第一集电器的第二侧上。

在第二方面，提供一种用于可充电液流电池的组件，该组件包括：

集电器，包括具有相对的第一侧和第二侧的导电材料层，其中第一电极被设置在集电器的第一侧上，使得电子可以从电极流动到集电器，并且介电材料层被设置在集电器的第二侧上，

其中第一孔和第二孔被设置成通过集电器和介电材料层，以允许流体经由第一孔流经介电材料和集电器至电极，沿着或通过电极，然后通过第二电极通过集电器和介电材料通过第二电极流出。

在第三方面，提供一种用于可充电液流电池的组件，该组件包括：

集电器，包括具有相对的第一侧和第二侧的导电材料层，其中第一电极被设置在该集电器的第一侧上，从而使得电子可以从所述电极流到集电器，并且介电材料层被设置在集电器的第二侧上，

其中导电材料选自钛、钼、黄铜和柔性的嵌入石墨，介电材料包括PCB材料。

在第四方面，提供一种印刷电路板材料在氧化还原液流电池中的使用。还提供一种印刷电路板(PCB)材料作为可充电液流电池的主要流体(气体或液体)歧管的使用。

本发明人已经设计出解决或减轻与现有技术的一些液流电池相关的多个问题的液流电池。与许多在集电器的两侧具有碳双极电极的液流电池不同，本文所描述的液流电池具有诸如印刷电路板材料的介电材料以代替碳电极。印刷电路板材料为液流电池的电池单元提供强大而灵活的电池单元架构，并且可以轻松地对其进行操作以在材料中形成孔和通道，以允许流体通过这些孔和通道流动。这种印刷电路板材料还可用于生产氧化还原液流电池，该氧化还原液流电池避免了使用传统螺栓压缩的需要，并且在表现出与传统氧化还原液流电池相同或改善的性能的同时，可以显著地变薄(从电极到电极)。如将看到的，本文所描述的氧化还原液流电池的实施例可以在某些方面、例如在旁路电流和高容错方面具有改善的性能。电池堆也可以设计成使每个电池单元可以容易地被移除，而不必移除螺栓并禁用整个电池堆(对于电池单元被螺栓连接在一起的系统的情况)。诸如印刷电路板材料的介电材料的使用在某些方面可能是与直觉相反，因为该介电材料可能被视为不适合与氧化还原液流系统中使用的一些腐蚀性流体一起使用。然而，在使用腐蚀性流体的情况下，本发明人已经设计了一种氧化还原液流电池，其避免或限制了印刷电路板材料的降解趋势。诸如印刷电路板材料的介电材料可以用作氧化还原液流电池中的其他组件，例如，作为膜和集电器之间的间隔件，该膜可以选自离子选择膜和分子筛膜。同样，已经发现介电材料具有合适的强度和其他特征，使得能够形成电池单元而无需涉及螺栓的传统设计。可见，氧化还原流电池既可用于液体分析物，也可用于气态分析物两者。

附图说明

图1A示意性地示出氧化还原液流电池的组件101的分解图。

图1B从电极的面向膜的一侧上方的视角示出流经图1A的第一电极的流体。

图1C示意性地示出当穿过平行于图1A中的流体F的流动的截面时的图1A的组件的截面图。图1C还可以表示当穿过平行于图2A和图2B中的流体F的流动的截面时的使用中的图2A和图2B的实施例的截面图。

图1D示意性地示出当穿过平行于图1A中的流体F的流动的截面时的图1A的组件的变型的截面图。在该图中，在电极的两侧都形成了另外的通道，以将流体输送到电池堆中的相邻电池单元，或从电池堆中的相邻电池单元输送流体。

图2A示出集电器104和介电材料层105的另一实施例的分解图。

图2B示出从集电器104的侧面上方的流体F通过图2A的实施例的孔109和孔110的流动。

图3示意性地示出具有由膜(其可以是离子选择膜或分子筛膜)103分离的第一电极(102)和第二电极(102')的可充电液流电池的截面图。

图4示出针对示例1的RFB和参考斯克里布纳(Scribner)RFB的极化和功率曲线。

图5示出示例1的PCB RFB的各种效率(库仑效率CE；电压效率VE；能量效率EE)。

图6示出传统的参考RFB(在以下示例中更详细地描述)的各种效率(库仑效率CE；电压效率VE；能量效率EE)。

具体实施方式

现在将描述这些方面的可选的和优选的特征。任意可选的或优选的特征可以与任意方面或任意其他可选的或优选的特征相结合。

介电材料

RFB或其组件可以包括集电器，该集电器包括具有相对的第一侧和第二侧的导电材料层，其中第一电极设置在集电器的第一侧上，使得电子可以从电极流到集电器，并且介电材料层设置在集电器的第二侧上。

介电材料层优选地是聚合物层。介电材料优选地具有从2至6的、在一些示例中具有从2至5的介电常数。可以在500MHz或1GHz下测量介电常数。例如，FR-4在500MHz下测得的介电常数约为4.35，在1GHz下测得的介电常数约为4.34。

介电材料层可以是印刷电路板材料，其可以被认为是适合于用于印刷电路板，并且可选地被接受用于印刷电路板的非导电基板。已经发现这种材料具有用于本文所描述的氧化还原液流电池的诸如就强度、介电性能和易于操作而言的合适的性能平衡。印刷电路板材料可以被定义为纤维增强聚合物层或在其一侧(在使用中，背离集电器的一侧)具有金属层的聚合物层(可能缺少纤维增强)。优选地，介电材料层包括纤维增强的聚合物层。介电材料层可以选自FR-1、FR-2、FR-3、FR-4、FR-5、FR-6、CEM-1、CEM-2、CEM-3、CEM-4、CEM-5、聚四氟乙烯、G-10、编织玻璃纤维/PTFE层压板。在印刷电路板领域中，用于印刷电路板的标准代码(例如，FR-1或CEM-3)用于某些类型的非导电基板。FR表示“耐火性”，即在某一标准测试(例如UL94)中测得的对某一温度的耐火性，后面的数字代码表示材料的性质。CEM表示复合环氧材料，同样地，后面的数字代码表示材料的性质。以下给出这些材料的一些定义。

FR-2(耐燃性2)可以被限定为酚醛纸或酚醛棉纸、用酚醛树脂浸渍的纸。

FR-4(耐燃性4)可以被限定为用环氧树脂浸渍的玻璃纤维织布。通常额定为130℃。

FR-3(耐燃性3)可以被限定为用环氧树脂浸渍的棉纸。通常额定为105℃。

FR-5(耐燃性5)可以被限定为编织玻璃纤维和环氧树脂，通常额定为170℃。

FR-6(耐燃性6)可以被限定为磨砂玻璃纤维，并用聚酯树脂浸渍。

CEM-1可以被限定为用环氧树脂浸渍的棉纸。

CEM-2可以被限定为用环氧树脂浸渍的棉纸。

CEM-3可以被限定为用环氧树脂浸渍的无纺玻璃。

CEM-4可以被限定为用环氧树脂浸渍的编织玻璃。

CEM-5可以被限定为用聚酯树脂浸渍的编织玻璃。

G-10可以被限定为浸渍了环氧树脂的编织玻璃。通常额定为130℃。其具有高绝缘电阻、低吸湿性、非常高的粘结强度。

G-11可以被限定为用环氧树脂浸渍的编织玻璃。通常额定为170℃。其具有高耐溶剂性、在高温下的高挠曲强度保持率。

介电材料层可以是至少20μm厚，可选地至少30μm厚，可选地30μm至2mm厚，优选地50μm至1mm厚，更优选地0.1mm至0.8mm厚，最优选地约0.4mm厚。

包括导电材料层的集电器

导电材料层可以是金属层或导电非聚合材料层，包括但不限于碳和导电聚合物。金属层可以包括元素金属或合金。

金属层可以包括铜。然而，对于某些分析物，发现铜太容易被腐蚀。在实施例中，在使用中将与电极接触的导电材料的表面可能已经被钝化，即在铜上提供了更耐腐蚀的涂层，但仍然提供合理的导电性。可选地，导电材料的表面可以已经涂覆有包括导电颗粒的油墨或涂料，例如，选自碳(例如石墨)颗粒、导电的低氧化钛(例如Ti₄O₇)、Ti_0.9Nb_0.1O₂、掺杂氧化锡(掺杂锑、氟或铟以提高导电性)的颗粒，或由导电聚合物颗粒组成的油墨。合适的聚合物的示例包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚(3、4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)。可选地，导电聚合物已经被电沉积到导电材料的表面上，该表面在使用中与电极接触，并且这种导电聚合物可以选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚(3、4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)。可选地，有机基团附着在导电材料的表面上，该表面在使用中与电极接触。可以通过硅酰氯与疏水主链的反应、硅烷基醇盐与疏水主链的反应、或全氟烷氧基硅烷与该表面反应而形成有机基团。

尽管铜具有高的导电性，即使铜被钝化，它也可能不适合在RFB中长期使用，因为这种流体可具有很强的腐蚀性。

可选地，导电材料层选自钛、钼、黄铜和碳。碳包括例如可商业购得的柔性石墨(Grafoil)的柔性的嵌入石墨。这些特殊的材料已经被发现可提供合适的导电性，可以很好地粘附到介电层上，并且具有很高的耐腐蚀性，因此它们特别适合用于带有腐蚀性分析物的RFB中。

在实施例中，导电材料的在使用中将面对电极的表面可以具有选自氮化钛、碳、铜、钼或黄铜的涂层。可以通过使用合适的油墨的丝网印刷、物理气相沉积或化学气相沉积来涂覆这些涂层。

导电材料层可以是至少20μm厚，可选地至少30μm厚，可选地30μm至2mm厚，优选地50μm至1.5mm厚，更优选地0.4mm-1mm厚，更优选地0.5至1毫米厚，最优选地约0.75毫米厚。

在实施例中，第一孔和第二孔设置成通过第一集电器和设置在第一集电器的第二侧上的介电材料层，以允许流体经由第一孔流经介电材料和集电器至第一电极，沿着或通过该电极，然后通过集电器和介电材料通过第一电极流出。第一孔和第二孔可以位于第一集电器和介电材料层中，使得第一孔和第二孔与第一电极相邻(例如在第一电极下方)，以允许流体从第一孔直接流入或经过第一电极，并且从第二孔流入或流出第一电极。在实施例中，提供了多个第一孔和/或提供了多个第二孔。该孔可以是任意的形状。在实施例中，孔是圆形的或具有规则的形状，例如n边形，其中n至少为3，例如在3-10之间。当从集电器或介电材料层的表面上方来看时，孔可选地是细长的，例如长方形。在使用中，第一集电器和介电材料层可以被定向成使得它们的平面是竖直的并且孔被布置成使得第二孔低于第一孔，以允许流体向下流动穿过或通过第一电极。第二孔可以在第一孔的正下方，以允许流体竖直地流动穿过或通过第一电极。在可选地实施例中，第二孔可以低于第一孔，但不直接在第一孔下方，以允许在第一孔和第二孔之间的倾斜流动。

可选地，例如保护性环形构件的保护性构件围绕限定第一孔和/或第二孔的介电材料的边缘延伸，以防止第一流体电解质与介电材料接触。已经发现当与腐蚀性流体一起使用时，这对于延长包含作为介电层的印刷电路板材料的RFB的寿命特别有效。PCB材料在与氧化还原液流电池中使用的许多液体接触时会降解。保护性环形构件可以包括耐酸性物质腐蚀的材料。优选地，保护性环形材料是弹性材料，例如可以是合成橡胶或天然橡胶的橡胶材料。已经发现，当保护性环形构件被压缩在介电材料和在其两侧的材料层之间时，保护性环形构件在介电材料的孔的周围形成有效的密封。保护性构件可以包括选自以下材料：丁二烯橡胶(BR)、丁基橡胶(IIR)、氯磺化聚乙烯(CSM)、氯醚橡胶(ECH、ECO)、三元乙丙橡胶(EPOM)、乙丙橡胶(EPR)、氟橡胶(FKM)、丁腈橡胶(NBR、HNBR或HSN)、全氟橡胶(FFKM)、聚丙烯酸酯橡胶(ACM)、氯丁橡胶(neoprene)(CR)、聚异戊二烯(IR)、聚硫橡胶(PSR)、聚四氟乙烯(PTFE)、萨尼弗

硅橡胶(SiR)、热塑性弹性体(TPE)苯乙烯、热塑性聚烯烃(TPO)(例如，选自LDPE、HDPE、LLDPE、ULDPE)、热塑性聚氨酯(TPU)、热塑性醚酯弹性体(TEEEs)共聚酯、热塑性聚酰胺(PEBA)、可熔融加工的橡胶(MPR)和热塑性硫化橡胶(TPV)。

保护性构件优选地成形为使沿着介电材料中的第一孔或第二孔的边缘。如果孔是圆形的或圆的，则可以使用圆形的O形圈。在实施例中，保护性环形构件选自O形环、X形环和D形环。X形环和D形环与O形环相似，不同之处在于，O环的截面为圆形，但X环和D环的截面为“X”形或“D”形。它们可用于在层之间形成密封，以允许流体通过介电层中的孔，并进入相邻的层中，而不会使流体接触介电材料。

在实施例中，介电材料层设置在集电器的第二侧上。介电材料层可以粘附到集电器。介电材料层可以通过粘合剂层粘附至集电器。粘合剂层将包括合适的粘合剂以在介电材料层的材料和集电器的材料之间形成粘合。粘合剂可以包括诸如环氧树脂或聚酰亚胺聚合物的例如热固性的固化聚合物。在实施例中，粘合剂层包括固化的预浸料层。预浸料层是用诸如热固性树脂的可固化树脂预先浸渍的纤维层，该热固性树脂一旦固化就形成可以粘附至集电器和介电材料的固体聚合物。例如，预浸料层可以包括浸渍有例如热固性的固化聚合物的编织或非编织纤维层，诸如环氧聚合物、聚酰亚胺聚合物或其他合适的聚合物。预浸料的纤维层的纤维可以包括玻璃纤维或其他编织增强物。

间隔件

在实施例中，间隔件可位于膜和集电器之间，与电极处于同一平面中。间隔件可以位于电极附近，并且，在实施例中，包围电极。在实施例中，间隔件包括介电材料，该介电材料设置在膜(其可以选自离子选择膜和分子筛膜)和集电器之间，并且如果间隔件包括介电材料层，则该间隔件可以被称为第二介电材料层。例如可以包括介电材料的间隔件可以设置在膜(其可以选自离子选择膜和分子筛膜)和集电器之间并围绕电极。在实施例中，间隔件包括例如介电材料的层，该介电材料层在其中具有用于容纳电极的孔。间隔件的介电材料可以是印刷电路板材料，其可以与在集电器的第二侧上的介电材料层中使用的任意印刷电路板材料相同或不同。间隔件的介电材料可以如上定义用于在集电器的第二侧上的介电材料层。间隔件的介电材料可以选自FR-1、FR-2、FR-3、FR-4、FR-5、FR-6、CEM-1、CEM-2、CEM-3、CEM-4、CEM-5、聚四氟乙烯、G-10、编织玻璃纤维/PTFE层压板。

在实施例中，如果间隔件包括其中具有用于容纳电极的孔的介电材料层，则保护性环形构件可以围绕最靠近电极的介电材料的边缘(限定孔)延伸，以防止第一流体电解质与间隔件的介电材料接触，并且间隔件的保护性环形构件可以如在第一孔和第二孔的语境中所定义的那样，并且可以由与用于第一孔和第二孔的保护性环形构件相同或不同的材料形成。用于间隔件中的孔的保护性环形构件可以包括例如橡胶材料的弹性材料，该橡胶材料可以是合成橡胶或天然橡胶，并且/或者可以是O形环、X形环或D形环的形式。

间隔件可以在一侧粘附到集电器和/或可选地，如果存在另一侧的话，在另一侧粘附到膜(其可以选自离子选择膜和分子筛膜)。间隔件可以通过粘合剂层粘附至集电器和/或膜(其可以选自离子选择膜和分子筛膜)。粘合剂层将包括合适的粘合剂，以在间隔件的材料(其可以是介电材料)和/或集电器的材料或膜的材料(其可以选自离子选择膜和分子筛膜)之间形成粘合。粘合剂可以包括诸如环氧树脂或聚酰亚胺聚合物的例如热固性的固化聚合物。在实施例中，粘合剂层包括固化的预浸料层。预浸料层是用诸如热固性树脂的可固化树脂预先浸渍的纤维层，该热固性树脂一旦固化就形成可以粘附至集电器和介电材料的固体聚合物。例如，预浸料层可以包括浸渍有例如热固性的固化聚合物的编织或非编织纤维层，诸如环氧聚合物、聚酰亚胺聚合物或其他合适的聚合物。预浸料的纤维层的纤维可以包括玻璃纤维或其他编织增强物。

第一电极和第二电极

第一电极和/或第二电极可以各自是多孔电极，其中有孔隙允许流体通过孔隙流动。这种电极可以被称为3D电极或“流通(flow-through)”电极。这种电极特别适用于液体形式的流体。第一电极和/或第二电极可以是毡、布或泡沫的形式。优选地，电极包括碳，并且可以选自石墨毡电极、石墨烯、碳毡电极和碳泡沫电极。

第一电极和/或第二电极可以是第一流体可以流过的平面电极。这种电极可以被称为“流过(flow-by)”电极。这种电极特别适用于在使用氧化还原液流电池期间呈气态形式或涉及气态反应物的形成的流体。电极可以例如是纸的形式，例如碳纸。

第一电极和第二电极是分隔开的，以允许离子在它们之间流动。第一电极和第二电极可以由膜(其可以选自离子选择膜和分子筛膜)分隔开。离子选择膜或分子筛膜也可以被称为聚合物电解质膜、离子传导膜或质子交换膜(PEM)。膜可以包括选自例如全氟烃的氟化物或具有酸性侧基的非氟化聚合物的材料。例如全氟烃的氟化物可以具有一个或多个侧基功能基团的氟化的或全氟化的聚合物，该侧基官能团可以是酸性功能基团，包括但不限于羧酸基或磺酸基。在实施例中，该膜是磺化四氟乙烯聚合物或共聚物，包括但不限于四氟乙烯和氟化的(可选地全氟化的)的含磺酸的单体共聚物，例如CF₂＝CF-O-R-SO₂H，其中R为连接基团，可选地为可包含醚键的全氟连接基团，诸如-OCF₂-C(CF₃)F-O-CF₂-CF₂-。可从西格玛奥德里奇(Sigma Aldrich)公司商业购得例如商品名为Nafion的具有磺酸基团的全氟化聚合物。

该膜可包括非氟化聚合物，例如选自聚苯、聚苯乙烯、联苯砜、聚醚酮、聚醚砜的聚合物，该聚合物优选地具有例如磺酸侧基的酸性侧基。

可以基于待选择性地通过膜传输的离子来选择分子筛膜。因此，分子筛膜可以被选择为具有适合的孔径，以用于某些离子通过膜的选择性传输。分子筛膜包括但不限于硅-铝材料，例如可以是天然的或合成的沸石、硅胶、硼硅酸盐玻璃、交联的多糖，诸如可以被烷基化的葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶、纤维素凝胶、琼脂凝胶、交联的聚丙烯酰胺和通过丙烯酸酯基交联的聚环氧乙烷。

第一电极和第二电极通常将电连接以允许电子经由外部电路(即，不通过膜或在无膜RFB中，经由电极之间的层流)从一个电极流向另一个电极。第一电极和第二电极可以经由与它们相邻的集电器电连接，集电器中的每一个具有有横向延伸到介电材料层之外的电连接。

在可选地实施例中，氧化还原液流电池是无膜氧化还原液流电池。在无膜氧化还原液流电池中，可以在第一电极和第二电极之间采用层流，例如，其中第一流体和第二流体在可以是平面电极的第一电极和第二电极之间沿相同方向流动。无膜氧化还原液流电池可以在例如HBr氧化还原液流电池中使用，例如在该HBr液流电池中第一流体包括Br₂，第二流体包含HBr，在RFB放电期间，第一流体和第二流体两者都在第一电极和第二电极之间流动。

第二电极的布置

液流电池可包括第二储液器，该第二储液器包括或用于保存第二流体电解质，该第二储液器流体地连接至第二电极，以允许第二流体电解质从第二储液器向第二电极以及从第二电极至第二储液器的循环。液流电池可以进一步包括第二集电器，该第二集电器包括具有相对的第一侧和第二侧的导电材料层，其中第二电极设置在第二集电器的第一侧上，使得电子可以从电极流到第二集电器，并且介电材料层设置在第二集电器的第二侧上。

设置在第二集电器的第二侧上的介电材料层可以与在第一集电器的第二侧上的介电材料层相同或不同。设置在第二集电器的第二侧上的介电材料可以是印刷电路板(PCB)材料。设置在第二集电器的第二侧上的介电材料可以选自FR-1、FR-2、FR-3、FR-4、FR-5、FR-6、CEM-1、CEM-2、CEM-3、CEM-4、CEM-5、聚四氟乙烯、G-10、G-11、氧化铝、聚酰亚胺、编织玻璃纤维/PTFE层压板。

第二集电器可以与第一集电器相同或不同，并且可以是如上对第一集电器所定义的那样。

在实施例中，第一孔和第二孔设置成通过第二集电器和设置在第二集电器的第二侧上的介电材料层，以允许流体经由第一孔通过介电材料和集电器流向第二电极，沿着或通过电极，然后通过集电器和介电材料并通过第二电极流出。第一孔和第二孔可以位于第二集电器和介电材料层中，使得该第一孔和第二孔与第二电极相邻(例如在第二电极下方)，以允许流体从第一孔直接流入或经过第二电极，并且从第二孔流入或流出第二电极。在实施例中，在第二集电器和相邻的介电材料层中提供了多个第一孔和/或提供了多个第二孔。该孔可以是任意的形状。在实施例中，该孔是圆形的或具有规则的形状，例如，n边形，其中n至少为3，例如在3和10之间。当从集电器的表面或介电材料层上方来看时，孔是细长的，例如长方形的。在使用中，第二集电器和介电材料层可以被定向成使得它们的平面是竖直的，并且孔被布置为使得第二孔低于第一孔，以允许流体向下流动穿过或通过第一电极。第二孔可以在第一孔的正下方，以允许流体竖直流动穿过或通过第一电极。在可选地实施例中，第二孔可以低于第一孔，但不直接位于第一孔下方，以允许流体在第一孔和第二孔之间倾斜流动。

可选地，例如保护性环形构件的保护性构件围绕限定了被设置在第二集电器的第二侧上的介电材料层中的第一孔和/或第二孔的介电材料的边缘延伸，以防止第二流体电解质与介电材料接触。用于在第二集电器的第二侧上的介电材料中的孔的保护性环形构件可以是如上文所定义的用于在第一集电器的第二侧上的介电材料中的孔的保护性环形构件，例如是合成橡胶或天然橡胶，并且/或者是O环、X环或D环的形式。

背板

可选地，背板可以位于与第一电极和/或第二电极相关联的集电器的相对侧的第一介电材料层上。背板可以是能够为介电材料提供结构稳定性的任意合适的材料，诸如金属、陶瓷和/或塑料。

氧化还原液流电池的化学反应

本文所描述的液流电池可以与任意对(couple)一起使用。该对将确定本文所描述的第一流体和第二流体的内容，对的一半存在于第一流体中，而对的另一半则存在于第二流体中。第一流体和/或第二流体可以是液体。第一流体和/或第二流体可以是气体。在实施例中，第一流体是腐蚀性流体，例如酸性流体，诸如含水酸性流体或包括诸如HBr的腐蚀性物质的气态流体。

在实施例中，氧化还原液流电池包括全钒对、氢-钒对、氢-溴酸锂对、氢-氯酸锂对、溴-氢对、铁-锡对、铁-铬对、溴-多硫化物对、溴化锌对、铅-酸(甲磺酸盐)对、锌-铈对、氢-多金属氧酸盐对或铅酸对，或者氧化还原液流电池是锂离子液流电池、离子液体液流电池和熔盐液流电池。

全钒对可以是基于硫酸钒的对或基于溴化钒的对(即，硫酸盐或溴化物为第一流体和第二流体中的钒离子提供反离子)。在全钒对中，对的一半包含V(II)和V(III)，并且对的另一半包含V(IV)和V(V)。

在实施例中，第一流体是液体的形式，并且第二流体是气体的形式。例如，可以使用钒-氢对，例如，第一流体是包含钒离子的液体，并且第二流体包含气体，即氢气和氧气。氢-钒对的反应可如下所示：

阳极:H₂→2H⁺+2e^- 反应式1

阴极：

总：

阳极：H₂+2H₂O→2H₃O++2e^- 反应式4

阴极：

总：

在实施例中，包括或用于保存第一流体电解质的第一储液器流体地连接到第一电极，以允许第一流体电解质从第一储液器到第一电极以及从第一电极到第一储液器的循环。在另一实施例中，包括或用于保存第二流体电解质的第二储液器流体地连接到第二电极，以允许第二流体电解质从第二储液器到第二电极以及从第二电极到第二储液器的循环。本文提到的第一储液器和/或第二储液器可以是用于存储第一流体和/或第二流体的任意合适的储液器。例如，如果第一流体和/或第二流体是液体，则第一储液器和/或第二储液器可包括用于保存液体的罐。例如，如果第一流体和/或第二流体是气体，则第一储液器和/或第二储液器可包括用于保存气体的气体罐。第一储液器和/或第二储液器可以通过诸如管道的导管流体地连接到第一电极和/或第二电极，以输送第一流体和/或第二流体。例如管道的导管连接，例如插入到在第一集电器或第二集电器的第二侧上的介电材料层中的第一孔和第二孔中。可以提供泵以促使第一流体和/或第二流体从第一储液器和/或第二储液器流动到第一电极和/或第二电极。如果第一流体和/或第二流体是气体，则可在流向/来自第一储液器和/或第二储液器的循环流中设置膨胀器和/或压缩机，例如，在气体罐的两侧以压缩气体。

在实施例中，液流电池包括流体地连接至第一电极和/或第二电极的再生器，该再生器的作用是再生成在电极处被氧化或被还原的物质。例如，液流电池可以包括再生器，使得流向第一电极的第一流体电解质发生反应，以使得电解质中的物质被氧化，然后该流体流向再生器，在该再生器中被氧化的物质被还原以允许该物质循环回到第一流体电极，在该第一流体电极处该物质可以再次被氧化。在实施例中，再生器可包括将第一流体电解质或第二流体电解质暴露于氢，以还原电解质中的物质。在实施例中，再生器可包括使第一流体电解质或第二流体电解质暴露于氧气或氧化剂以氧化电解质中的物质。在从第一电极或第二电极到第一流体储液器或第二流体储液器的回路中(视情况而定)，再生器可位于第一电极或第二电极与第一流体储液器或第二流体储液器之间或在第一流体储液器或第二流体储液器中。

液流电池可以是第一流体和第二流体两者都包含离子，这些离子在电池单元(cell)的使用过程中被氧化和/或被还原并保留在流体中。这种液流电池可以被认为是“经典液流电池化学反应”。可选地，液流电池可以具有“混合”液流化学反应，其中在电池单元的使用过程中，例如，在充电或放电期间，第一流体和/或第二流体中的物质中的一种沉淀到电极上。

在实施例中，氧化还原液流电池包括多个电池单元，每个电池单元包括如前述权利要求中任一项所限定的第一电极和第二电极，例如具有本文所描述的所有其他相关组件，例如第一集电器和/或第二集电器、膜以及第一储液器和/或第二储液器。可选地，电池堆(stack)中的电池单元的第一电荷收集器电连接至电池堆中的相邻电池单元的第二电荷收集器。可选地，存在一个或多个通道通过每个电池单元的层，但不通过电极，以允许第一流体流经一个电池单元(被称为第一电池单元)到另一电池单元(被称为第二电池单元)的第一电极，并且可选地返回到第一电池单元，并/或允许第二流体流经一个电池单元(被称为第二电池单元)到另一个电池单元(被称为第一电池单元)的第二电极，并且可选地返回到第二电池单元。可选地，第一孔和第二孔被设置成通过第一集电器以及被设置在第一集电器的第二侧上的介电材料层，以允许流体经由第一孔流经介电材料和集电器至第一电极，沿着或通过电极，然后通过第一电极通过集电器和介电材料流出，并且/或者第一孔和第二孔被设置成通过第二集电器和被设置在第二集电器的第二侧上的介电材料层，以允许流体经由第一孔流经介电材料和集电器至第一电极，沿着或通过电极，然后通过第二电极通过集电器和介电材料流出，并且用于将第一流体从一个电池单元(第一电池单元)输送到另一电池单元(第二电池单元)的第一电极的通道流体地连接至第一电池单元的第一孔和第二孔。

现在将参照非限制性附图来讨论氧化还原液流电池及其组件的实施例。

图1A示意性地示出氧化还原液流电池的组件101的分解图。在该图中示出第一电极102，膜(其可以选自离子选择膜和分子筛膜)103，第一集电器104，其包括具有相对的第一侧(104A)和第二侧(104B)的导电材料层，其中第一电极102设置在第一集电器104的第一侧104A上，并且第一介电材料层105设置在第一集电器104的第二侧104B上。介电材料形式的间隔件106设置在膜(其可以选自离子选择膜和分子筛膜)103与集电器104之间。在该图中，间隔件106的介电材料围绕电极，可以看到孔106A存在于间隔件106中并容纳电极102。存在呈“O”形环状的保护性环形构件107，在使用中，该环形构件围绕最靠近电极的介电材料的边缘(即，限定接受电极的孔的边缘)延伸，以便在使用中防止第一流体电解质与介电材料接触。

第一孔(109)和第二孔(110)设置成穿过集电器104和介电材料层105，以允许流体通过第一孔流经介电材料和集电器到电极，沿着或通过电极，然后通过集电器和介电材料通过第二电极流出。存在呈“O”形环状的保护性环形构件107，并且在使用中，每个环形构件围绕介电材料中限定了介电材料中的孔109或110的边缘延伸，以防止第一流体电解质与介电材料接触。虚线箭头示意性地示出流体流(在图中用F表示)。

在本实施例中，电极102是由碳纤维形成的3D多孔电极。第一流体流经电极以允许分析物或阴极电解液在不同氧化状态之间转化。在其他实施例中，电极可以是流过式电极，例如平面电极。间隔件106以及在集电器104的第二侧上的介电材料105均为PCB材料，例如FR4。集电器104是钛层，例如钛箔，在面对电极102的钛层的侧面上可以具有TiN层。在使用中，可以例如使用预浸料(例如Arlon A47N)或环氧树脂将间隔件106、集电器104和介电材料层105粘合在一起。

图1B从电极的面向膜的一侧上方的视角示出流经第一电极102的流体。可以看出，间隔件106围绕电极102，O形环107设置成围绕间隔件中的孔106A的边缘。集电器104设置在间隔件106和电极102的下方。可以看出，流体从集电器104中的第一孔109流出并且流经电极102到达第二孔110，流体从电极102流出通过该第二孔110流过下方的集电器和介电材料层105。

图1C示意性地示出图1A的组件的截面图。

图2A示出集电器104和介电材料层105的另一实施例的分解图。为了清楚起见，未示出其他组件(间隔件106、电极102、O形环107和膜103)，但这些组件将以与图1所示的相同的布置存在。在图2A的实施例中，集电器104和介电材料层105中的第一孔(109)和第二孔(110)不是圆形而是细长的(从层的上方来看时是矩形的)，使得第一孔和第二孔延伸扩展覆盖于电极上的更大的部分(图2A中未示出)。如图2A所示，用虚线箭头和F表示流体流经集电器104中的孔109和介电材料层105，经过电极(未示出)，然后再回到孔110。

图2B示出从集电器104侧的上方流过图2A的实施例的孔109和110的流体F。在该图中示出间隔件106，该间隔件具有用于容纳电极102的矩形孔106A，该电极102也是矩形的。存在矩形的保护性环形构件107，该环形构件在使用中围绕最靠近电极的介电材料的边缘延伸，以防止在使用中第一流体电解质与介电材料接触。

图1C可以表示当穿过平行于图2A和2B中的流体F的流动的截面的使用中的图2A和2B的实施例的截面图。

图1D示意性地示出当穿过平行于图1A中的流体F的流动的截面时的图1A的组件的变型的截面图。在该图中，在电极的两侧都形成了另外的通道，以将流体输送到电池堆中的相邻电池单元，或从电池堆中的相邻电池单元输送流体。通道已由介电层105、集电器105、间隔件106、膜103中的孔形成，并通过电池单元的另一半(未示出，但其可以是所示的一半电池单元的镜像)，因此，第一流体可从第一储液器输送到相邻电池(未示出)的第一电极，然后返回到第一储液器。

图3示意性地示出具有由膜(其可以选自离子选择膜和分子筛膜)103分离的第一电极(102)和第二电极(102')的可充电液流电池的截面图。在本实施例中，与第一电极位于膜103同一侧的组件如图1A或2A所示。在本实施例中，第二电极是与第一电极相同的材料，即包括碳纤维的3D电极。与膜和第二电极同侧的组件与膜和电极同侧的组件相同，并且在图1中以相同的方式编号，但每个标号后面均带有撇号(')。在该图中，示出用于保存第一流体电解质的第一储液器108和用于保存第二流体电解质的第二储液器108'。第一储液器108流体地连接到孔109和孔110，以允许流体从第一储液器108流至(并通过)第一集电器104和介电材料层105中的第一孔109，然后经由孔110返回到第二储液器108'。类似地，第二储液器108'流体地连接到孔109'和孔110'，以允许流体从第二储液器108'流至(并通过)第一集电器104'和介电材料层105'中的第一孔109'，然后经由孔110'返回到储液器108'。在使用中，第一流体将是分析物和阴极电解液中的一种，而第二流体将是分析物和阴极电解液中的另一种。

在实施例中，氧化还原液流电池可包括具有图3中所示的层的多个电池单元，这些电池单元被串联地布置，使得一个电池单元的第一电极将电连接到相邻电池单元的第二电极。每个电池单元的组件(即，膜，以及，在膜的两侧的：间隔件层(用于容纳电极)、集电器和介电材料层都将粘合在一起。然而，与氧化还原液流电池中的电池单元的传统的电池堆不同，这些电池单元本身可以是可分离的，而不必拆卸整个电池堆(在常规氧化还原液流电池中，所有电池单元都用端板和螺栓压缩在一起时，通常就是这种情况)。可选地，电池单元可以用粘合剂或机械方法，诸如用螺栓，粘合在一起。电池单元可以具有延伸的通孔，以允许流体从一个电池单元流到另一电池单元，该通孔可以被称为通过电池单元的歧管。电池单元可以是电连接的，但是该电连接可以是可移除的，使得一旦电连接与特定电池单元断开，该电池单元就可以容易地从电池堆中移除并被检查，如果出现任何缺陷，则进行修复和/或更换。被移除的电池单元的两侧的电池单元的电连接可以彼此连接，以允许在其中一个电池单元被移除时电池作为一个整体继续运行。在实施例中，存在通过每个电池单元的层然而不通过电极(如图1D中示出的示例)的一个或多个通道，以允许第一流体流经一个电池单元(被称为第一电池单元)到另一电池单元(被称为第二电池单元)的第一电极，并可选地返回到第一电池单元，并/或允许第二流体流经一个电池单元(被称为第二电池单元)到另一电池单元(被称为第一电池)的第二电极，并且可选地返回到第二电池单元。可选地，在每个电池单元中，第一孔和第二孔被设置成通过第一集电器和被设置在第一集电器的第二侧上的介电材料层，以允许流体经由第一孔流经介电材料和集电器、沿着或通过电极，然后通过第一电极通过集电器和介电材料流出，并且用于将第一流体从一个电池单元(第一电池单元)输送到另一电池单元(第二电池单元)的第一电极(并可选地返回到第一电池单元)的一个或多个通道流体地连接到第一电池单元的第一孔和第二孔。

示例

示例1

构造了包含单个电池单元的氧化还原液流电池，膜两侧的组件布置如图1A和图3所示。该膜为Nafion 117膜。介电层105是印刷电路板材料，即FR-4，其使用环氧预浸料(Arlon A47N)粘合至0.75mm厚的钛箔，该钛箔用作集电器104。膜的两侧的间隔件层106也是FR4，间隔件层的每一个具有用于容纳橡胶O形环的圆形孔106A，该O形环包括商标名为Viton(可从Simply Bearings购得)的材料，并且O形环内还有电极，该电极是3D碳电极，特别是36％的压缩SGL碳毡电极。每个钛箔104和连接的介电层105均具有圆形的通孔，该圆形通孔用作图1B所示的孔109和孔110。O形环在围绕介电层的孔的边缘，以防止阳极电解液/阴极电解液与介电层接触。间隔件层106均通过环氧预浸料(Arlon A47N)粘合至膜103和钛箔104。该层的面积为49cm²。钛箔具有为49cm²的表面积。本实施例中的活性电极面积为6.5cm²。

氧化还原液流电池中使用了全钒对。特别是，在3M H₂SO₄中使用了1.6M的V^x+物质(x＝2、3、4、5)。在第一流体中，存在V²⁺(V(II))和V³⁺。在第二流体中，存在VO²⁺(V(IV))和VO²⁺(V(V))。

示例2

示例1的RFB与参考RFB的比较

在本示例中，将示例1的氧化还原液流电池的性能与传统的端板压缩燃料电池单元的性能进行了比较，可从作为商品名斯克里布纳(Scribner)857氧化还原液流电池测试系统(Scribner 857Redox Flow Cell Test System)的一部分的Scribner购得。Scribner氧化还原液流电池(Scribner Redox Flow Cell)包括石墨板(从步高石墨(POCOGraphite)购得)，可以在该石墨板中加工流场。碳毡电极位于该板上，其通常由PTFE间隔件固定在适当的位置。该间隔件的厚度还将限定毡电极的压缩量。电流流经石墨板并进入镀金的铜质集电器。整个组件由两个阳极氧化铝端板和8个螺栓固定在一起。两者都使用了与上述相同的全钒对。Scribner RFB使用了50％压缩的阿法埃莎(Alfa Aesar)碳毡电极和Nafion 117膜。Scribner的层的面积为25cm²。在Scribner RFB中，通过电极的电解质流呈蛇形流场配置，即经由与电极相邻的集电器中的蛇形通道。

图4示出针对示例1的RFB和参考Scribner RFB的极化和功率曲线。这些数据是从Ivium NStat恒电位仪生成的原始数据。为了便于两个系统之间的比较，通过的电流已被归一化为电流密度。

如图4所示的极化和功率曲线所示，示例1的PCB RFB的性能优于传统的RFB系统。示例1的PCB RFB的面积比电阻低于传统的Scribner RFB，这解释了极化曲线中较低的欧姆损耗。此外，如图1C所示，示例1的PCB RFB的流是直接进入毡的，而如上所述，传统的Scribner RFB以蛇形流场配置来操作。据信，示例1的PCB RFB中的电解质的流确保了极化曲线上没有可见的质量输送损失。另一方面，传统的RFB系统的RFB系统在电流密度大于300mA cm-2时似乎有质量输送损失。

图5和针对参考RFB的图6示出示例1的PCB RFB的各种效率(库仑效率CE、电压效率VE、能量效率EE)。两个图的比较表明，尽管CE较低，但示例1的PCB RFB的EE和VE仍高于传统的参考RFB的EE和VE。

Claims (31)

1.一种可充电液流电池，其中所述液流电池包括：

第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极是分离的，从而允许离子在所述第一电极和所述第二电极之间流动，其中包括或用于保存第一流体电解质的第一储液器流体地连接至所述第一电极，从而允许所述第一流体电解质从所述第一储液器到所述第一电极以及从所述第一电极到所述第一储液器的循环；以及

第一集电器，包括具有相对的第一侧和第二侧的导电材料层，其中所述第一电极被设置在所述第一集电器的所述第一侧上，使得电子能够从所述电极流动到所述第一集电器，并且第一介电材料层被设置在所述第一集电器的所述第二侧上。

2.根据权利要求1所述的可充电液流电池，其中被设置在所述第一集电器的所述第二侧上的介电材料是印刷电路板材料。

3.根据权利要求1或2所述的可充电液流电池，其中被设置在所述第一集电器的所述第二侧上的所述介电材料是包括纤维增强聚合物层的所述印刷电路板材料。

4.根据前述权利要求中任一项所述的可充电液流电池，其中被设置在所述第一集电器的所述第二侧上的所述介电材料选自FR-1、FR-2、FR-3、FR-4、FR-5、FR-6、CEM-1、CEM-2、CEM-3、CEM-4、CEM-5、聚四氟乙烯、G-10、G-11、氧化铝、聚酰亚胺、编织玻璃纤维/PTFE层压板。

5.根据前述权利要求中任一项所述的可充电液流电池，其中所述导电材料选自钛、氮化钛、钼、黄铜和碳，所述碳能够是或者包括石墨碳。

6.根据权利要求5所述的可充电液流电池，其中所述碳包括柔性的嵌入石墨。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的可充电液流电池，其中第一孔和第二孔被设置成穿过所述第一集电器和被设置在所述第一集电器的所述第二侧上的介电材料层，以允许流体经由所述第一孔流经所述介电材料层和所述集电器，沿着或通过电极，然后通过所述第一电极通过所述集电器和所述介电材料流出。

8.根据权利要求7所述的可充电液流电池，其中保护性环形构件围绕限定所述第一孔和/或所述第二孔的所述介电材料的边缘延伸，以防止所述第一流体电解质与所述介电材料和所述介电材料中包含的任意粘合剂材料接触。

9.根据权利要求8所述的可充电液流电池，其中所述保护性环形构件选自O形环、X形环和D形环。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的可充电液流电池，其中所述第一流体是腐蚀性流体。

11.根据前述权利要求中任一项所述的可充电液流电池，其中所述第一电极和所述第二电极由膜分离开，所述膜能够选自离子选择膜或分子筛膜，并且所述介电材料被设置在所述膜和所述第一集电器之间。

12.根据权利要求11所述的可充电液流电池，其中被设置在所述膜与所述第一集电器之间的所述介电材料围绕所述电极。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的可充电液流电池，其中被设置在所述膜与所述第一集电器之间的所述介电材料选自FR-1、FR-2、FR-3、FR-4、FR-5、FR-6、CEM-1、CEM-2、CEM-3、CEM-4、CEM-5、聚四氟乙烯、G-10、G-11、氧化铝、聚酰亚胺、编织玻璃纤维/PTFE层压板。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的可充电液流电池，其中保护性环形构件围绕设置在所述膜和所述第一集电器之间的所述介电材料的边缘延伸，以防止所述第一流体电解质与所述电介质材料接触。

15.根据前述权利要求中任一项所述的可充电液流电池，其中另一介电材料层被设置在设置于所述第一集电器的所述第二侧上的所述第一介电材料层上，所述另一层具有形成的通道和/或孔，以用于使所述第一流体从中流过。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的可充电液流电池，其中所述液流电池包括第二储液器，所述第二储液器包括或用于保存第二流体电解质，所述第二储液器流体地连接至所述第二电极，以允许所述第二流体从所述第二储液器到所述第二电极以及从所述第二电极到所述第二储液器的循环；以及

第二集电器，包括具有相对的所述第一侧和所述第二侧的所述导电材料层，其中所述第二电极被设置在所述第二集电器的所述第一侧上，使得所述电子能够从所述电极流动至所述第二集电器，并且所述介电材料层被设置在所述第二集电器的所述第二侧上。

17.根据权利要求16所述的可充电液流电池，其中被设置在所述第二集电器的所述第二侧上的所述介电材料是所述印刷电路板(PCB)材料。

18.根据权利要求16或17所述的可充电液流电池，其中被设置在所述第二集电器的所述第二侧上的所述介电材料选自FR-1、FR-2、FR-3、FR-4、FR-5、FR-6、CEM-1、CEM-2、CEM-3、CEM-4、CEM-5、聚四氟乙烯、G-10、G-11、氧化铝、聚酰亚胺、编织玻璃纤维/PTFE层压板。

19.根据前述权利要求中任一项所述的可充电液流电池，其中所述第一流体和/或所述第二流体是液体。

20.根据前述权利要求中任一项所述的可充电液流电池，其中所述第一流体和/或所述第二流体是气体。

21.根据前述权利要求中任一项所述的可充电液流电池，其中所述氧化还原液流电池包括全钒对、氢-钒对、氢-溴酸锂对、氢-氯酸锂对、氢-多金属氧酸盐对、溴-氢对、铁-锡对、铁-铬对、溴-多硫化物对、溴化锌对、铅-酸(甲磺酸盐)对、锌-铈对、或铅酸对，或者所述氧化还原液流电池是锂离子液流电池、离子液体液流电池和熔盐液流电池。

22.根据前述权利要求中任一项所述的可充电液流电池，所述氧化还原液流电池包括多个电池单元，每个电池单元包括前述权利要求中任一项所述的第一电极和所述的第二电极。

23.根据权利要求22所述的可充电液流电池，其中电池堆中的电池单元的第一电荷收集器电连接至所述电池堆中的相邻电池单元的第二电荷收集器。

24.根据权利要求22或权利要求23所述的可充电液流电池，其中存在通过每个电池单元的层但不通过电极的一个或多个通道，以允许所述第一流体流经一个电池单元(被称为第一电池单元)至另一电池单元(被称为第二电池单元)的所述第一电极，并且可选地返回到所述第一电池单元，并/或允许所述第二流体流经一个电池单元(被称为所述第二电池单元)至另一电池单元(被称为所述第一电池单元)的所述第二电极，并且可选地返回到所述第二电池单元。

25.根据权利要求24所述的可充电液流电池，其中所述电池单元如权利要求7所述，并且用于将所述第一流体从一个电池单元(所述第一电池单元)输送到另一电池单元(所述第二电池单元)的所述第一电极的通道流体地连接到所述第一电池单元的所述第一孔和所述第二孔。

26.根据权利要求22至25中任一项所述的可充电液流电池，其中所述电池堆中的电池单元的所述第一电荷收集器经由可移除的电连接被电连接至所述电池堆中的所述相邻电池单元的第二电荷收集器，以允许从所述电池堆中移除一个电池单元，然后重新连接所述电池堆中的其余电池单元，以使所述电池单元在具有被移除的电池单元的情况下继续运行。

27.根据权利要求22至25中任一项所述的可充电液流电池，其中所述电池单元粘合在一起。

28.一种用于可充电液流电池的组件，所述组件包括：

集电器，包括具有相对的第一侧和第二侧的导电材料层，其中第一电极被设置在所述集电器的所述第一侧上，使得电子能够从电极流动到所述集电器，并且介电材料层被设置在所述集电器的所述第二侧上，

其中第一孔和第二孔被设置成通过所述集电器和所述介电材料层，以允许流体经由所述第一孔流经介电材料和所述集电器至所述电极，沿着或通过所述电极，然后通过所述第一电极通过所述集电器和所述介电材料流出。

29.一种用于可充电液流电池的组件，所述组件包括：

集电器，包括具有相对的第一侧和第二侧的导电材料层，其中第一电极被设置在所述集电器的所述第一侧上，从而使得电子能够从电极流动到所述集电器，并且介电材料层被设置在所述集电器的所述第二侧上，

其中所述导电材料选自钛、氮化钛、钼、黄铜和柔性的嵌入石墨，所述介电材料包括印刷电路板PCB材料。

30.一种印刷电路板(PCB)材料在氧化还原液流电池中的使用。

31.一种印刷电路板(PCB)材料作为可充电液流电池的主要流体(气体或液体)歧管的使用。

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