CN117859223A - 用于氧化还原液流电池系统的再平衡单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于氧化还原液流电池的再平衡单元的系统和方法。在一个示例中，所述再平衡单元可以包括电极组件堆叠，其中每个电极组件可以包括与流场板界面连接的负电极，用于引起来自所述氧化还原液流电池的H₂气体的流动。在一些示例中，每个电极组件可以进一步包括由芯吸碳毡形成的正电极，用于引起来自所述氧化还原液流电池的电解质的流动。在一些示例中，没有电流可以被引导离开所述再平衡单元，并且每个电极组件的负电极和正电极可以是连续导电的。以此方式，所述再平衡单元的每个电极组件可以内部短接，从而在不牺牲整体可靠性的情况下提高所述再平衡单元的还原速率。

Description

用于氧化还原液流电池系统的再平衡单元

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年7月13日提交的名称为“用于氧化还原液流电池系统的再平衡单元(REBALANCING CELL FOR REDOX FLOW BATTERY SYSTEM)”的第63/221,325号美国临时申请的优先权。本申请进一步要求于2021年7月13日提交的名称为“用于氧化还原液流电池系统的再平衡单元(REBALANCING CELL FOR REDOX FLOW BATTERY SYSTEM)”的第63/221,330号美国临时申请的优先权。上文确认申请中的每一者的全部内容出于所有目的特此以引用的方式并入。

技术领域

本说明书大体上涉及用于在氧化还原液流电池系统中使用的再平衡单元的系统以及操作此类再平衡单元的方法。

背景技术和发明内容

氧化还原液流电池能够独立扩展电力和容量，并且能够进行数千次循环充电和放电，并且与常规电池技术相比性能损失更低，因此适用于电网级(grid-scale)储存应用。由于采用了低成本、地球上资源丰富的材料，因此全铁混合式氧化还原液流电池特别有吸引力。一般来说，铁氧化还原液流电池(IFB)依靠铁、盐和水作为电解质，因此包含简单、地球上资源丰富且低廉的材料，并且消除刺激性化学物质的掺入并减少该电池的环境足迹。

IFB可以包括其中发生氧化还原反应的正(氧化还原)电极和其中可还原并电镀电解质中的二价铁(Fe²⁺)的负(电镀)电极。各种副反应可能与Fe²⁺还原争相发生，副反应包括质子还原、铁腐蚀和铁镀层氧化：

由于大多数副反应发生在电镀电极处，因此IFB循环能力可能会受到电镀电极上可用铁镀层的限制。改善铁镀层损失的示例性尝试侧重于催化电解质再平衡，以经由方程式(4)解决方程式(1)和(2)的氢(H₂)气体产生以及方程式(3)和离子交换的电解质电荷不平衡(例如，多余的Fe³⁺)：

Fe³⁺+1/2H₂→Fe²⁺+H⁺(电解质再平衡) (4)

在一些示例中，电解质再平衡可以经由滴流床或极芯反应器装置实现，其中H₂气体和电解质可以在催化剂表面处接触以进行方程式(4)的电解质再平衡反应。然而，对于更高性能的应用来说，此类装置的较低Fe³⁺还原速率可能是不期望的。在其他示例中，燃料单元可以类似地在催化剂表面处接触H₂气体和电解质，同时跨正电极对和负电极对施加直流电流(DC)。然而，由于无意的反向电流尖峰中断DC流动，燃料单元可能出现可靠性问题。

在一个示例中，上文描述的问题可以通过一种用于氧化还原液流电池的再平衡单元来解决，该再平衡单元包括：单元外壳；氢气入口端口，H₂气体通过其流到该单元外壳中；电解质入口端口，电解质通过其流到该单元外壳中；电解质出口端口，该电解质通过其从该单元外壳排出；电极组件堆叠，其由该单元外壳封闭，该电极组件堆叠的每个电极组件包括与流场配置共面接触的负电极；以及倾斜支撑件，其耦合到该单元外壳。在一些示例中，电极组件堆叠的每个电极组件中的负电极和正电极可以是导电的并且彼此共面接触。在额外或替代示例中，可以不引导电流离开再平衡单元。以此方式，再平衡单元中的电解质再平衡可以是经由其中的正电极和负电极的界面连接对的内部电气短接来驱动的。

具体地，在一些示例中，通过使正电极和负电极的界面连接对内部短接，电极组件堆叠的每个电极组件可以彼此电解耦，使得没有反向电流从一个电极组件驱动通过电极组件堆叠并且使其他电极组件劣化。在额外或替代示例中，正电极和负电极的界面连接对的内部电气短接可以相对于非内部短接电极对降低电阻，从而增加正电极和负电极处各自的氧化还原反应速率。每个电极组件的单元电位可以同时降低，从而降低副反应速率(例如，方程式(1)-(3)的反应速率)。以此方式，相对于非内部短接单元，再平衡单元中的使用寿命可以延长并且电化学性能可以增强。

应理解，提供以上概述是为了以简化形式介绍在详细描述中进一步描述的一些概念。它并非意味着标识所要求主题的关键或基本特征，所要求主题的范围唯一地由在具体实施方式之后的权利要求书来限定。此外，所要求主题并不限于解决上文或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方案。

附图说明

图1示出了包括电池单元的示例性氧化还原液流电池系统的示意图，该电池单元具有流体耦合到相应再平衡反应器的氧化还原电极和电镀电极。

图2A和2B示出了包括内部短接电极组件堆叠的再平衡单元的透视图。

图3示出用于图2A和2B的再平衡电池单元的电极组件的分解视图。

图4A和4B分别示出了图2A和2B的再平衡单元中的H₂气体流动的横截面图和放大插图。

图5A至5D示出了用于使H₂气体对流动跨过再平衡单元(诸如图2A和2B的再平衡单元)的负电极的相应示例性流场配置的示意图。

图6A和6B分别示出图2A和2B的再平衡电池单元中的电解质流动的横截面图和放大插图。

图7A和7B示出了再平衡单元(诸如图2A和2B的再平衡单元)的示例性电极组件中的电解质流动的透视图。

图8A至8C示出了再平衡单元(诸如图2A和2B的再平衡单元)的电极组件的示例性流场板的透视图。

图8D示出了图8A至8C的流场板的横截面图。

图9A和9B示出了用于使再平衡单元(诸如图2A和2B的再平衡单元)的单元外壳倾斜的示例性倾斜支撑件的透视图。

图10示出了相应全铁混合式氧化还原液流电池系统中的三个示例性再平衡单元的Fe³⁺还原速率作为Fe³⁺还原总量的函数的图。

图11示出了操作包括内部短接电极组件堆叠的再平衡单元的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述涉及用于再平衡单元的系统和方法，该再平衡单元是经由包括在其中的电极组件的内部电气短接来驱动的。在示例性实施例中，再平衡单元可以流体耦合到氧化还原液流电池的电解质子系统。图1示意性地描绘了氧化还原液流电池，其包含具有单独的正极电解质腔室和负极电解质腔室的集成多腔室储罐。在一些示例中，氧化还原液流电池可以是在全铁液流电池(IFB)的正(氧化还原)电极和负(电镀)电极两者处利用铁氧化还原化学试剂的IFB。电解质腔室可耦合到一个或多个电池单元，每个电池单元包含正电极和负电极。因此，电解质可通过分别容纳正电极和负电极的正电极隔室和负电极隔室泵送。

在一些示例中，氧化还原液流电池可以是混合式氧化还原液流电池。混合式氧化还原液流电池是氧化还原液流电池，其特征可在于将一种或多种电活性材料作为固体层沉积在电极(例如，负电极)上。混合式氧化还原液流电池可例如包含化学物质，其可经由电化学反应在整个电池充电过程中在衬底上电镀为固体。在电池放电期间，电镀的物质可经由另一电化学反应电离，从而变得可溶于电解质中。在混合式氧化还原液流电池系统中，氧化还原液流电池的蓄电量(例如，所储存的最大能量的量)可能受到电池充电期间所电镀的金属的量限制，并且可能相应地取决于电镀系统的效率以及可用于电镀的体积和表面积。

在一些示例中，氧化还原液流电池中的电解不平衡可能是以下原因造成的：许多副反应与所需的氧化还原化学反应争相发生，包括氢(H₂)气体产生反应，诸如质子还原和铁腐蚀：

以及铁镀层氧化期间产生的多余三价铁(Fe³⁺)造成的电荷不平衡：

方程式(1)到(3)的反应可能限制铁镀层，从而降低总体电池容量。为了解决此类不平衡，可以利用电解质再平衡来经由单一氧化还原反应实现还原Fe³⁺和消除多余H₂气体两者：

Fe³⁺+1/2H₂→Fe²⁺+H⁺(电解质再平衡) (4)

如由本文中的实施例所描述，对于相对高性能的应用而言，足够的Fe³⁺还原速率可以经由再平衡单元(诸如图2A和2B的示例性再平衡单元)可靠地实现，该再平衡单元包括内部短接电极组件(诸如图3的示例性电极组件)堆叠。图4A和4B描绘了再平衡单元中的H₂气体流动的方面，其中该H₂气体可以经由流场板(诸如图8A至8D的示例性流场板)对流动跨过内部短接电极组件的负电极，该流场板包括相应流场配置，诸如图5A至5D的示例性流场配置。类似地，图6A至7B描绘了再平衡单元中的电解质流动的方面，其中该电解质可以经由重力给料和毛细管作用跨内部短接电极组件的正电极分配(另外或替代地，并且类似于H₂气体对流动跨过负电极，电解质可以经由流场板(诸如图8A至8D的示例性流场板)对流动跨过正电极，该流场板包括相应流场配置，诸如图5A至5D的示例性流场配置)。在一些示例中，重力给料可以通过以下来辅助：将倾斜支撑件(诸如图9A和9B的示例性倾斜支撑件)耦合到再平衡单元的单元外壳，使得该单元外壳可以相对于重力方向搁置在斜坡上。图11处描绘了操作再平衡单元的示例性方法。图10绘制了作为在示例性再平衡单元的操作期间Fe³⁺还原总量的函数的Fe³⁺还原速率，表明对于包括内部短接电极组件的再平衡单元，Fe³⁺还原是增加的。

如图1所示，在氧化还原液流电池系统10中，负电极26可被称为电镀电极，正电极28可被称为氧化还原电极。氧化还原液流电池单元18的电镀侧(例如，负电极隔室20)内的负极电解质可被称为电镀电解质，氧化还原液流电池单元18的氧化还原侧(例如，正电极隔室22)上的正极电解质可被称为氧化还原电解质。

“阳极”是指其中电活性材料失去电子的电极，“阴极”是指其中电活性材料获得电子的电极。在电池充电期间，负极电解质在负电极26处获得电子，且负电极26是电化学反应的阴极。在电池放电期间，负极电解质失去电子，且负电极26是电化学反应的阳极。替代地，在电池放电期间，负极电解质和负电极26可分别被称为电化学反应的阳极电解质和阳极，而正极电解质和正电极28可分别被称为电化学反应的阴极电解质和阴极。在电池充电期间，负极电解质和负电极26可分别被称为电化学反应的阴极电解质和阴极，而正极电解质和正电极28可分别被称为电化学反应的阳极电解质和阳极。为简单起见，术语“正”和“负”在本文中用于指氧化还原液流电池系统中的电极、电解质和电极隔室。

混合式氧化还原液流电池的一个示例是全铁氧化还原液流电池(IFB)，其中电解质包括铁盐(例如，FeCl₂、FeCl₃等)形式的铁离子，其中负电极26包括金属铁。例如，在负电极26处，二价铁(Fe²⁺)在电池充电期间获得两个电子并作为铁金属(Fe⁰)电镀到负电极26上，Fe⁰在电池放电期间失去两个电子并再溶解为Fe²⁺。在正电极28处，Fe²⁺在电池充电期间失去电子以形成三价铁(Fe³⁺)，并且Fe³⁺在电池放电期间获得电子以形成Fe²⁺。电化学反应在方程式(5)和(6)中加以概述，其中正向反应(从左向右)指示电池充电期间的电化学反应，而反向反应(从右向左)指示电池放电期间的电化学反应：

如上文所述，IFB中使用的负极电解质可以提供足够量的Fe²⁺，使得在电池充电期间，Fe²⁺可以接受来自负电极26的两个电子以形成Fe⁰并电镀到衬底上。在电池放电期间，电镀的Fe⁰可能失去两个电子，从而电离成Fe²⁺并溶解回电解质中。上述反应的平衡电位为-0.44V，因此该反应为所需系统提供负端子。在IFB的正极侧上，电解质在电池充电期间可以提供Fe²⁺，其失去电子并氧化为Fe³⁺。在电池放电期间，由电解质提供的Fe³⁺通过吸收由正电极28提供的电子而变为Fe²⁺。该反应的平衡电位为+0.77V，从而为所需系统产生正端子。

与利用非再生电解质的其它电池类型相比，IFB可提供对其中的电解质进行充电和再充电的能力。电荷可通过分别经由端子40和42在跨电极26和28两端施加电流来实现。负电极26可以经由端子40电耦合到电压源的负极侧，使得电子可以经由正电极28传递到负极电解质(例如，当正电极隔室22中的正极电解质中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺时)。提供到负电极26的电子可以还原负极电解质中的Fe²⁺以在(电镀)衬底处形成Fe⁰，从而使得Fe²⁺电镀到负电极26上。

当Fe⁰保持可供负极电解质用于进行氧化，并且Fe³⁺保持可供正极电解质用于进行还原时，可以持续放电。举例来说，可以通过增加氧化还原液流电池单元18的正电极隔室22侧中的正极电解质的浓度或体积以经由外部源(诸如外部正极电解质腔室52)提供额外的Fe³⁺离子来维持Fe³⁺的可用性。更常见的是，放电期间Fe⁰的可用性可能是IFB系统中的问题，其中可用于放电的Fe⁰可能与负电极衬底的表面积和体积以及电镀效率成比例。充电容量可以取决于负电极隔室20中Fe²⁺的可用性。举例来说，可以通过经由外部源(诸如外部负极电解质腔室50)提供额外的Fe²⁺离子以增加到氧化还原液流电池单元18的负电极隔室20侧的负极电解质的浓度或体积来维持Fe²⁺的可用性。

在IFB中，取决于IFB系统的电荷状态(SOC)，正极电解质可包含二价铁、三价铁、三价铁络合物或其任何组合，而负极电解质可包含二价铁或二价铁络合物。如先前所提及，在负极电解质和正极电解质中利用铁离子可允许在氧化还原液流电池单元18的两侧利用相同的电解质物质，这可减少电解质交叉污染并且可提高IFB系统的效率，因此与其它氧化还原液流电池系统相比产生更少的电解质替换。

IFB中的效率损失可能由通过分离器24(例如，离子交换膜屏障、微孔膜等)的电解质交换引起。例如，正极电解质中的Fe³⁺离子可以通过Fe³⁺离子浓度梯度和跨分离器24的电泳力向负极电解质驱动。随后，Fe³⁺离子穿透分离器24并穿过负电极隔室20，可能导致库仑效率损失。Fe³⁺离子从低pH氧化还原侧(例如，酸性更强的正电极隔室22)交换到高pH电镀侧(例如，酸性更弱的负电极隔室20)，可能导致Fe(OH)₃的沉淀。Fe(OH)₃的沉淀可能使分离器24劣化，并且造成永久性电池性能和效率损失。例如，Fe(OH)₃沉淀物可能化学地污染离子交换膜的有机官能团，或者物理地堵塞离子交换膜的微孔。在任一种情况下，由于Fe(OH)₃沉淀物，膜欧姆电阻可能随时间推移而升高，并且电池性能可能恶化。沉淀物可通过用酸洗涤IFB来去除，但持续的维护和停机时间可能对商业电池应用不利。此外，清洗可能取决于电解质的定期制备，从而有助于额外的处理成本和复杂度。替代地，响应于电解质pH变化而向正极电解质和负极电解质中添加特定的有机酸可减轻电池充电和放电循环期间的沉淀物形成，而不会增加总体成本。此外，实现抑制Fe³⁺离子交换的膜屏障也可以缓解积垢。

额外的库仑效率损失可能由H⁺(例如，质子)的还原和随后H₂气体的形成以及负电极隔室20中的质子与在负电极26的电镀铁金属处供应的电子反应以形成H₂气体导致。

IFB电解质(例如，FeCl₂、FeCl₃、FeSO₄、Fe₂(SO₄)₃等)可以容易地获得，并且可以低成本生产。在一个示例中，IFB电解质可由氯化亚铁(FeCl₂)、氯化钾(KCl)、氯化锰(II)(MnCl₂)和硼酸(H₃BO₃)形成。IFB电解质可提供更高的回收价值，因为相同的电解质可用于负极电解质和正极电解质，因此与其它系统相比减少了交叉污染问题。此外，由于铁的电子构型，在将铁电镀到负电极衬底上期间，铁可固化成大体均匀的固体结构。对于锌和混合式氧化还原电池中常用的其它金属，电镀期间可能会形成固体枝晶状结构。与其它氧化还原液流电池相比，IFB系统的稳定电极形态可提高电池的效率。又另外，与其它氧化还原液流电池电解质相比，铁氧化还原液流电池可减少有毒原材料的使用并且可在相对中性的pH下操作。因此，与目前生产中的所有其它先进氧化还原液流电池系统相比，IFB系统可减少环境危害。

继续参考图1，示出了氧化还原液流电池系统10的示意性说明。氧化还原液流电池系统10可包含以流体方式耦合到集成多腔室电解质储罐110的氧化还原液流电池单元18。氧化还原液流电池单元18可包含负电极隔室20、分离器24和正电极隔室22。分离器24可包含电绝缘离子传导屏障，其防止正极电解质与负极电解质的大量混合，同时允许特定离子从中传导通过。例如，并且如上文所论述，分离器24可包含离子交换膜和/或有微孔膜。

负电极隔室20可包含负电极26，并且负极电解质可包含电活性材料。正电极隔室22可包含正电极28，并且正极电解质可包含电活性材料。在一些示例中，多个氧化还原液流电池单元18可串联或并联组合，以在氧化还原液流电池系统10中产生更高的电压或电流。

图1中进一步说明的是负极电解质泵30和正极电解质泵32，两者均用于将电解质溶液泵送通过氧化还原液流电池系统10。电解质储存在电池单元外部的一个或多个储罐中，且分别经由负极电解质泵30和正极电解质泵32泵送通过氧化还原液流电池单元18的负电极隔室20侧和正电极隔室22侧。

氧化还原液流电池系统10还可包含第一双极板36和第二双极板38，它们各自分别沿着负电极26和正电极28的面向后部的一侧(例如，与面向分离器24的一侧相对)定位。第一双极板36可与负电极26接触，第二双极板38可与正电极28接触。然而，在其它示例中，双极板36和38可布置成接近电极26和28但与所述电极间隔开，并且容纳在相应的电极隔室20和22内。在任一种情况下，双极板36和38可分别经由与之直接接触或分别通过负电极26和正电极28电耦合到端子40和42。IFB电解质可通过第一双极板36和第二双极板38输送至负电极26和正电极28处的反应位点，这由双极板36和38的材料的导电性质引起。电解质流动也可由负极电解质泵30和正极电解质泵32辅助，从而促进通过氧化还原液流电池单元18的强制对流。已反应的电化学物质也可通过强制对流与第一双极板36和第二双极板38的存在的组合而被引导远离反应位点。

如图1所说明，氧化还原液流电池单元18还可包含负电池端子40和正电池端子42。当充电电流施加到电池端子40和42时，正极电解质可在正电极28处被氧化(失去一个或多个电子)，负极电解质可在负电极26处被还原(获得一个或多个电子)。在电池放电期间，电极26和28上可能发生反向氧化还原反应。换句话说，正极电解质可在正电极28处被还原(获得一个或多个电子)，负极电解质可在负电极26处被氧化(失去一个或多个电子)。跨电池两端的电位差可通过正电极隔室22和负电极隔室20中的电化学氧化还原反应来维持，并且可在反应持续的同时引发通过集电器的电流。氧化还原电池所储存的能量的量可能受到电解质中放电可用的电活性材料的量的限制，这取决于电解质的总体积和电活性材料的溶解度。

氧化还原液流电池系统10还可包含集成多腔室电解质储罐110。多腔室电解质储罐110可被隔板98分开。隔板98可在多腔室电解质储罐110内形成多个腔室，使得正极电解质和负极电解质两者可包含在单个储罐内。负极电解质腔室50盛装包含电活性材料的负极电解质，正极电解质腔室52盛装包含电活性材料的正极电解质。隔板98可定位在多腔室电解质储罐110内以产生负极电解质腔室50与正极电解质腔室52之间的期望体积比。在一个示例中，隔板98可定位成根据负与正氧化还原反应之间的化学计量比设定负极电解质腔室50与正极电解质腔室52的体积比。图1进一步说明了多腔室电解质储罐110的填充高度112，其可指示每个储罐隔室中的液位。图1还示出了位于负极电解质腔室50的填充高度112上方的气体顶部空间90，以及位于正极电解质腔室52的填充高度112上方的气体顶部空间92。气体顶部空间92可用于储存通过氧化还原液流电池的操作(例如，由于质子还原和铁腐蚀副反应)产生的、并且与来自氧化还原液流电池单元18的返回电解质一起输送至多腔室电解质储罐110的H₂气体。H₂气体可以在多腔室电解质储罐110内的气-液界面(例如，填充高度112)处自发地分离，从而防止使额外的气-液分离器作为氧化还原液流电池系统10的一部分。一旦与电解质分离，H₂气体就可以填充气体顶部空间90和92。因此，所存储的H₂气体可以帮助从多腔室电解质储罐110中清除其他气体，从而充当用于减少电解质物质的氧化的惰性气体层，这可有助于减少氧化还原液流电池容量损失。以此方式，利用集成多腔室电解质储罐110可放弃常规氧化还原液流电池系统常用的单独的负极电解质储罐和正极电解质储罐、储氢罐和气-液分离器，从而简化了系统设计，减小了氧化还原液流电池系统10的物理占据面积，并降低了系统成本。

图1还示出了溢出孔96，其可在气体顶部空间90与92之间的隔板98中形成开口，并且可提供均衡腔室50与52之间的气体压力的方式。溢出孔96可定位在高于填充高度112的阈值高度处。溢出孔96还可实现在电池交换的情况下自平衡负极电解质腔室50和正极电解质腔室52中的每一者中的电解质的能力。在全铁氧化还原液流电池系统的情况下，在负电极隔室20和正电极隔室22两者中使用相同的电解质(Fe²⁺)，因此在负极电解质腔室50与正极电解质腔室52之间电解质的溢出可能降低总体系统效率，但可以维持总体电解质组成、电池模块性能和电池模块容量。法兰配件可用于进出多腔室电解质储罐110的入口和出口的所有管道连接件，以维持持续加压状态而无泄漏。多腔室电解质储罐110可包含始于负极电解质腔室50和正极电解质腔室52中的每一者的至少一个出口，以及通向负极电解质腔室50和正极电解质腔室52中的每一者的至少一个入口。此外，可以从气体顶部空间90和92提供一个或多个出口连接件，用于将H₂气体引导至再平衡反应器或单元80和82，使得再平衡反应器或单元80和82可以分别流体耦合到气体顶部空间90和92。

尽管图1中未示出，但集成多腔室电解质储罐110还可包含热耦合到负极电解质腔室50和正极电解质腔室52中的每一者的一个或多个加热器。在替代示例中，负极电解质腔室50和正极电解质腔室52中的仅一者可包含一个或多个加热器。在仅正极电解质腔室52包含一个或多个加热器的情况下，负极电解质可通过将在氧化还原液流电池单元18处产生的热传递到负极电解质来加热。以此方式，氧化还原液流电池单元18可加热并促进负极电解质的温度调节。一个或多个加热器可由控制器88致动，以独立地或共同调节负极电解质腔室50和正极电解质腔室52的温度。例如，响应于电解质温度降低到低于阈值温度，控制器88可增加供应到一个或多个加热器的电力，使得可增加到电解质的热通量。电解质温度可由安装在多腔室电解质储罐110处的一个或多个温度传感器(诸如传感器60和62)指示。举例来说，一个或多个加热器可包含线圈型加热器或浸没在电解液中的其它浸没式加热器，或通过负极电解质腔室50和正极电解质腔室52的壁以传导方式传递热以加热其中的流体的表面罩盖型加热器。在不脱离本公开的范围的情况下，可采用其它已知类型的储罐加热器。此外，控制器88可响应于液位降低到低于固体填充阈值水平而去激活负极电解质腔室50和正极电解质腔室52中的一个或多个加热器。换句话说，在一些示例中，控制器88可仅响应于液位升高到高于固体填充阈值水平而激活负极电解质腔室50和正极电解质腔室52中的一个或多个加热器。以此方式，可避免在负极电解质腔室50和/或正极电解质腔室52中没有足够液体的情况下激活一个或多个加热器，从而降低加热器过热或烧坏的风险。

又另外，一个或多个入口连接件可从现场水合系统(未示出)提供到负极电解质腔室50和正极电解质腔室52中的每一者。以此方式，现场水合系统可促进氧化还原液流电池系统10的调试，包含在最终使用位置安装、填充和水合处理氧化还原液流电池系统10。此外，在最终使用位置调试氧化还原液流电池系统10之前，可在与最终使用位置不同的电池制造设施处对氧化还原液流电池系统10进行干式组装而无需对氧化还原液流电池系统10进行填充和水合处理，之后将氧化还原液流电池系统10交付到最终使用位置。在一个示例中，最终使用位置可对应于氧化还原液流电池系统10将被安装和用于现场储能的位置。换句话说，氧化还原液流电池系统10可被设计成使得一旦在最终使用位置安装并水合处理，氧化还原液流电池系统10的位置就可变得固定，并且氧化还原液流电池系统10可不再被视为便携式、干式的系统。因此，从最终用户的角度来看，干式、便携式的氧化还原液流电池系统10可现场交付，之后氧化还原液流电池系统10可被安装、水合处理和调试。在水合处理之前，氧化还原液流电池系统10可被称为干式、便携式的系统，氧化还原液流电池系统10不含或没有水和湿式电解质。一旦水合处理，氧化还原液流电池系统10就可被称为湿式、非便携式的系统，氧化还原液流电池系统10包含湿式电解质。

如图1进一步说明，主要储存在多腔室电解质储罐110中的电解质溶液可经由负极电解质泵30和正极电解质泵32泵送通过整个氧化还原液流电池系统10。储存在负极电解质腔室50中的电解质可经由负极电解质泵30泵送通过氧化还原液流电池单元18的负电极隔室20侧，储存在正极电解质腔室52中的电解质可经由正极电解质泵32泵送通过氧化还原液流电池单元18的正电极隔室22侧。

电解质再平衡反应器80和82可分别与氧化还原液流电池系统10中的氧化还原液流电池单元18的分别负极和正极侧处的电解质的再循环流动路径串联或并联连接。一个或多个再平衡反应器可与电池的负极和正极侧处的电解质的再循环流动路径串联连接，并且其它再平衡反应器可并联连接，以实现冗余(例如，可在不破坏电池和再平衡操作的情况下为再平衡反应器提供服务)并增强再平衡能力。在一个示例中，电解质再平衡反应器80和82可放置在分别从负电极隔室20和正电极隔室22通向负极电解质腔室50和正极电解质腔室52的回流路径中。电解质再平衡反应器80和82可用于再平衡氧化还原液流电池系统10中由于副反应、离子交换等而发生的电解质电荷不平衡，如本文中所描述。

在一些示例中，再平衡反应器80和82中的一者或两者可以包括滴流床反应器，其中H₂气体和(液体)电解质可以在填充床中的催化剂表面处接触以进行电解质再平衡反应。另外或替代地，再平衡反应器80和82中的一者或两者可以具有以极芯构造配置的催化剂床。在额外或替代示例中，再平衡反应器80和82中的一者或两者可以包括流通型反应器，其能够在没有填充催化剂床的情况下接触H₂气体和电解质并进行电解质再平衡反应。然而，电解质再平衡期间较低的Fe³⁺还原速率(例如，大约～1-3mol/m²hr)可能会妨碍在更高性能的应用中实施此类再平衡反应器配置。

在其他示例中，再平衡反应器80和82中的一者或两者可以包括燃料单元，其中H₂气体和电解质可以在催化剂表面处接触以进行电解质再平衡反应，并且其中可以通过引导来自燃料单元的电流通过外部负载来形成闭合电路。然而，在某些情形中，此类燃料单元中的反向电流尖峰[例如，反向电流中的瞬态增加，其中“反向电流”可以在本文中用于指沿电路径在与预期方向相反(即与“正向”方向相反)的方向上行进的任何电流]可能不可避免，从而逐渐损害此类再平衡反应配置的可靠性。

为了在不牺牲再平衡反应器80和82的总体可靠性的情况下增大Fe³⁺还原速率，本公开的实施例提供一种再平衡单元(诸如图2A和2B的再平衡电池单元)，其包括内部短接电极组件(诸如图3的电极组件)堆叠，被配置成经由内部电流、对流、重力给料和毛细管作用的组合来驱动H₂气体和电解质在催化剂表面处发生反应。在本文中所描述的实施例中，内部短接电极组件的堆叠中的电极组件可被称为“内部短接的”，这是因为在再平衡电池单元的操作期间，没有电流可被引导远离内部短接电极组件的堆叠。此类内部电气短接可以减少或消除反向电流尖峰，同时大幅增大Fe³⁺还原速率(例如，增大到高达～50-70mol/m²hr)并且附带地降低副反应速率(例如，方程式(1)-(3)的反应的速率)。此外，内部短接电极组件堆叠中的每个电极组件可以与内部短接电极组件堆叠中的每个其他电极组件电解耦，使得在一个电极组件处的电流尖峰期间内部短接电极组件堆叠的劣化可能仅限于此(例如，反向电流不能从一个电极组件驱动通过其他电极组件)。在这些情况下，可容易地将单个劣化的电极组件从内部短接电极组件的堆叠中移除，并用未劣化的电极组件替换所述劣化的电极组件。

为了实现内部短接回路，内部短接电极组件堆叠中的每个电极组件可以包括正电极和负电极的界面连接对(例如，被配置成彼此共面接触以便是连续导电的)。如本文中所使用，当第一部件邻近第二部件布置时，一对第一部件和第二部件(例如，电极组件的正电极和负电极)可以描述为彼此“界面连接”，使得第一部件和第二部件彼此共面接触(其中“邻近”在本文中用于指其间没有中间部件的任何两个部件)。另外，如本文中所使用，当描述多个电极的电导率时，“连续地”可指通过多个电极的电路径在多个电极的任何共面界面处具有实际上为零或几乎为零的电阻。

在示例性实施例中，(正极)再平衡反应器82可以是包括内部短接电极组件堆叠的再平衡单元。再平衡正极电解质可能需要较高的Fe³⁺还原速率，因为在电池充电期间在正电极28处可能产生大量的Fe³⁺(见方程式(6))。在额外或替代实施例中，(负极)再平衡反应器80可以具有相似配置[在铁镀层氧化过程中在负电极26处可能产生Fe³⁺(见方程式(3))]。

在氧化还原液流电池系统10的操作期间，传感器和探测器可监测并控制电解质的化学性质，例如电解质pH、浓度、SOC等。例如，如图1所说明，传感器62和60可分别定位成监测正极电解质腔室52和负极电解质腔室50处的正极电解质和负极电解质条件。在另一示例中，传感器62和60可各自包含一个或多个电解质液位传感器，用以分别指示正极电解质腔室52和负极电解质腔室50中的电解质的液位。作为另一示例，同样如图1所说明，传感器72和70可分别监测正电极隔室22和负电极隔室20处的正极电解质和负极电解质条件。传感器72和70可以是pH探测器、光学探测器、压力传感器、电压传感器等。应理解，传感器可以定位在整个氧化还原液流电池系统10的其他位置处，以监测电解质化学性质和其他性质。

例如，传感器可定位在外部酸储罐(未示出)中，用以监测外部酸储罐的酸体积或pH，其中来自外部酸储罐的酸可经由外部泵(未示出)供应至氧化还原液流电池系统10以便减少电解质中沉淀物的形成。可安装额外的外部储罐和传感器，用于向氧化还原液流电池系统10供应其它添加剂。例如，包含现场水合系统的温度、电导率和液位传感器的各种传感器可将信号传输到控制器88。此外，在氧化还原液流电池系统10的水合处理期间，控制器88可向例如现场水合系统的阀和泵等致动器发送信号。举例来说，传感器信息可传输到控制器88，所述控制器又可致动泵30和32以控制电解质流过氧化还原液流电池单元18，或执行其它控制功能。以此方式，控制器88可响应于传感器和探测器中的一者或组合。

氧化还原液流电池系统10还可包括H₂气源。在一个示例中，H₂气源可以包括单独的专用氢气储罐。在图1的示例中，H₂气体可以存储在集成多腔室电解质储罐110中并从其中供应。集成多腔室电解质储罐110可以将额外的H₂气体供应到正极电解质腔室52和负极电解质腔室50。集成多腔室电解质储罐110可以交替地将额外的H₂气体供应到电解质再平衡反应器80和82的入口。举例来说，质量流量计或其他流量控制装置(其可由控制器88控制)可以调节来自集成多腔室电解质储罐110的H₂气体的流动。集成多腔室电解质储罐110可以增补在氧化还原液流电池系统10中产生的H₂气体。例如，当在氧化还原液流电池系统10中检测到气体泄漏或在低氢分压下还原反应速率(例如，Fe³⁺还原速率)过低时，可以从集成多腔室电解质储罐110供应H₂气体，以便再平衡正极电解质和负极电解质中电活性材料的SOC。举例来说，控制器88可以响应于测得的pH变化或响应于测得的电解质或电活性材料的SOC变化而从集成多腔室电解质储罐110供应H₂气体。

例如，负极电解质腔室50或负电极隔室20的pH值的增加可以指示H₂气体正在从氧化还原液流电池系统10泄漏和/或在可用氢分压下反应速率太慢，并且控制器88，响应于pH增加，可以增加H₂气体从集成多腔室电解质储罐110到氧化还原液流电池系统10的供应。作为另一示例，控制器88可以响应于pH变化而从集成多腔室电解质储罐110供应H₂气体，其中pH增加超过第一阈值pH或降低超过第二阈值pH。在IFB的情况下，控制器88可以供应额外的H₂气体以增加Fe³⁺离子的还原速率和质子的产生速率，由此降低正极电解质的pH。此外，负极电解质的pH可以通过从正极电解质交换到负极电解质的Fe³⁺离子的氢还原或通过在正电极侧产生的由于质子浓度梯度和电泳力而交换到负极电解质的质子而降低。以此方式，负极电解质的pH可以维持在稳定范围内，同时降低(从正电极隔室22交换的)Fe³⁺离子沉淀为Fe(OH)₃的风险。

可以实施其他控制方案，以响应于由诸如氧还原电位(ORP)计或光学传感器等其他传感器检测到的电解质pH的变化或电解质SOC的变化，控制来自集成多腔室电解质储罐110的H₂气体供应速率。又另外，触发控制器88的动作的pH或SOC变化可基于在一定时间段内测量的变化率或变化。可基于氧化还原液流电池系统10的时间常数来预定或调整变化率的时间段。例如，如果再循环速率高，则可减小所述时间段，并且可快速测量浓度的局部变化(例如，归因于副反应或气体泄漏)，因为时间常数可能较小。

控制器88可另外基于氧化还原液流电池系统10的操作模式而执行控制方案。例如，并且如下文参考图11详细讨论的，在如上文所描述的控制H₂气体到再平衡反应器80和82的流动的同时，在氧化还原液流电池单元18的充电和放电期间，控制器88可以分别控制负极电解质和正电解质到再平衡反应器80和82的流动，以便同时去除氧化还原液流电池系统10中多余的H₂气体并且降低Fe³⁺离子浓度。在电解质再平衡之后，控制器88可以引导任何多余或未反应的H₂连同再平衡的负极电解质和正极电解质(例如，包括减小浓度的Fe³⁺和增加浓度的Fe²⁺)从再平衡反应器80和82流动回到多腔室电解质储罐110的相应电解质腔室50和52中。另外或替代地，未反应的H₂气体可以返回单独的专用氢气储罐(图1处未示出)。

作为另一示例，控制器88可另外控制氧化还原液流电池单元18的充电和放电，以便在系统调节期间引起负电极26处的铁预形成(其中系统调节可包含用以优化氧化还原液流电池系统10在电池循环之外的电化学性能的操作模式)。也就是说，在系统调节期间，控制器88可调整氧化还原液流电池系统10的一个或多个操作条件以将铁金属电镀在负电极26上以改善后续电池循环期间的电池充电容量(因此，可针对电池循环预形成铁金属)。以此方式，在负电极26处预形成铁并在系统调节期间运行电解质再平衡可通过减轻铁镀层损失而增加电池循环期间氧化还原液流电池单元18的总容量。如本文中所使用，电池循环(也被称为“充电循环”)可包含氧化还原液流电池系统10的充电模式与放电模式之间的交替。

应了解，除传感器60和62以及集成多腔室电解质储罐110(和其中包含的部件)外的所有部件都可被视为包含在电力模块120中。因此，氧化还原液流电池系统10可被描述为包含以流体方式耦合到集成多腔室电解质储罐110且以可通信方式耦合到传感器60和62的电力模块120。在一些示例中，电力模块120和多腔室电解质储罐110中的每一者可以包括在单个壳体或封装(未示出)中，使得氧化还原液流电池系统10可以作为单个单元包含在单个位置中。另外应了解，正极电解质、负极电解质、传感器60和62、电解质再平衡反应器80和82以及集成多腔室电解质储罐110(和其中包含的组件)可视为包含在电解质子系统130中。因此，电解质子系统130可将一种或多种电解质供应到氧化还原液流电池单元18(和其中包含的部件)。

现在参考图2A和2B，其分别示出了透视图200和250，该透视图200和250中的每一者描绘用于氧化还原液流电池系统(诸如图1的氧化还原液流电池系统10)的再平衡单元202。在示例性实施例中，再平衡单元202可以包括内部短接电极组件(诸如下文参考图3详细描述的电极组件)堆叠，其可以通过促进来自氧化还原液流电池(诸如图1的氧化还原液流电池单元18)的正电极隔室或负电极隔室的H₂气体与电解质之间的接触来驱动在内部短接电极组件堆叠的负电极的催化表面处的电解质再平衡反应。因此，再平衡单元202可以是图1的再平衡反应器80和82中的一者或两者。提供一组参考轴201用于描述所示部件的相对定位并且用于图2A至4B、6A、6B、9A和9B的视图之间的比较，轴201指示x轴、y轴和z轴。如图2A、2B和6A中的虚线进一步所示，额外的轴g可以平行于重力方向(例如，在沿轴g的正方向上)和竖直方向(例如，在沿轴g的负方向上并且与重力方向相反)。

包含在氧化还原液流电池系统中的再平衡电池单元202的数目和包含在内部短接电极组件的堆叠中的电极组件的数目不受特别限制，且可增加以适应对应更高性能的应用。例如，75kW氧化还原液流电池系统可以包括两个再平衡单元202，其包括20个电极组件(例如，19个双极组件的堆叠，其中2个端板定位在堆叠的相对端处)的堆叠。

如图所示，内部短接电极组件堆叠可以可移除地封闭在外部单元外壳(例如，壳体)204内。因此，在一些示例中，电池单元外壳204可包含以可移除方式附连到外壳底座的顶盖，使得可暂时移除顶盖以对内部短接电极组件的堆叠中的一个或多个电极组件进行替换或故障自检。在额外或替代示例中，图2A和2B中描绘为矩形棱柱的电池单元外壳204可模制为与氧化还原液流电池系统的其它部件间隙配合，使得再平衡电池单元202可与此类部件进行共面接触。在一些示例中，电池单元外壳204可由例如塑料或其它聚合物等具有低电导率的材料构成，以便减少不期望的短接事件。

电池单元外壳204还可被配置成包含用于再平衡电池单元202的界面部件的开口或空腔。例如，电池单元外壳204可包含被配置成以流体方式耦合到氧化还原液流电池系统的其它部件的多个入口端口和出口端口。在一个示例中，且如图所示，多个入口端口和出口端口可包含焊接到PP管道的聚丙烯(PP)法兰配件。

在示例性实施例中，多个入口端口和出口端口可以包括用于使电解质流到单元外壳204中的电解质入口端口206以及用于将电解质从单元外壳204排出的电解质出口端口208。在一个示例中，电解质入口端口206可以定位在单元外壳204的上半部上，并且电解质出口端口208可以定位在单元外壳204的下半部上(其中单元外壳204的上半部和下半部沿z轴通过平行于x轴和y轴中的每一者的平面分离)。因此，电解质出口端口208可以相对于重力方向(例如，沿着轴g)定位得低于电解质入口端口206。

具体地，在电解质经由电解质入口端口206进入单元外壳204后，电解质可以跨内部短接电极组件堆叠分配，通过电极组件堆叠重力给料，通过内部短接电极组件堆叠的正电极芯吸(例如，与重力方向相反)，以在负电极的催化表面处发生阴极半反应，并且经由电解质出口端口208从单元外壳204排出。为了辅助电解质的重力给料并增加其压降，再平衡电池单元202还可经由耦合到电池单元外壳204的倾斜支撑件220相对于重力方向偏斜或倾斜。在一些示例中，以此方式倾斜单元外壳204可以进一步辅助再平衡单元202的电解质排出(例如，在氧化还原液流电池系统怠速模式期间)并且保持催化表面相对干燥(因为在一些示例中，催化表面在电解质中浸泡足够长的持续时间后可能发生腐蚀)。

如图所示，倾斜支撑件220可以使单元外壳204以角度222偏斜，使得内部短接电极组件堆叠的电极片的平面相对于倾斜支撑件220搁置在其上的下表面(未示出)以角度222倾斜。在一些示例中，角度222(例如，单元外壳204相对于下表面的角度)可以在0°和30°之间。在其中角度222基本上为0°的实施例中，再平衡电池单元202仍可发挥作用，但使电池单元外壳204偏斜大于0°的角度可能使压降更大且使到负电极的电解质交换减少。在一些示例中，角度222可在2°与30°之间。在一些示例中，角度222可在2°与20°之间。在一个示例中，角度222可为约8°。因此，电解质在进入单元外壳204(例如，通过电解质入口端口206)后的压降可以通过增大角度222而增加并且通过减小角度222而减小。下文将参考图9A和9B更详细地描述倾斜支撑件220的其他方面。

另外或替代地，一个或多个支撑轨224可以耦合到单元外壳204的上半部(例如，与倾斜支撑件220相对)。在一些示例中，并且如图2A的透视图200所示，一个或多个支撑轨224可以相对于单元外壳204以角度222倾斜，使得一个或多个支撑轨224可以将再平衡单元202可移除地紧固到位于下表面上方并且与下表面平行的上表面。以此方式，并且基于几何考虑因素，z轴可以类似地相对于轴g以角度222偏移(例如，单元外壳204可以相对于与重力方向相反的竖直方向以角度222倾斜，如图2A和2B所示)。在一些示例中，还可以通过将再平衡单元202相对于与重力方向相反的竖直方向定位在氧化还原液流电池系统的电解质储罐(例如，图1的多腔室电解质储罐110)上方来辅助电解质通过再平衡单元202的重力给料。下文将参考图6A至7B更详细地讨论电解质流动的其他方面。

如图进一步所示，电解质出口端口208可以包括单元外壳204中的多个开口，其被配置为排出至少一部分电解质(多个开口中的每一者包括熔焊到PP管道的PP法兰配件)。例如，在图2A和2B中，电解质出口端口208示出为包括五个开口。以此方式，电解质可跨越内部短接电极组件的堆叠均匀地分布，并且可以基本上不受阻碍的流动从电池单元外壳204中排出(“基本上”可在本文中用作意味着“实际上”的限定词)。在其他示例中，电解质出口端口208可以包括多于五个开口或少于五个开口。在一个示例中，电解质出口端口208可以包括单个开口。在额外或替代示例中，电解质出口端口208可以相对于z轴定位在单元外壳204下方(例如，在单元外壳204面向z轴负方向的面上)。

电解质入口端口206和电解质出口端口208可以基于电解质通过内部短接电极组件堆叠的流动路径(例如，从电解质入口端口206到电解质出口端口208，并且包括单元外壳204内流体耦合到电解质入口端口206和电解质出口端口208的通道、通路、增压室、凹槽等)定位在单元外壳204上。在一些示例中，并且如图所示，电解质入口端口206和电解质出口端口208可以定位在单元外壳204的邻近侧(例如，单元外壳204的共用共同边缘的面)上。在其他示例中，电解质入口端口206和电解质出口端口208可以定位在单元外壳204的相对侧上。在其他示例中，电解质入口端口206和电解质出口端口208可以定位在单元外壳204的同一侧上。

在一些示例中，电解质入口端口206可定位在电池单元外壳204面向x轴的负方向的一面上。在额外或替代示例中，电解质入口端口206可定位在电池单元外壳204面向x轴的正方向的一面上。在一个示例中，且如图所示，电解质入口端口206的一个开口可定位在电池单元外壳204面向x轴的负方向的一面上，而电解质入口端口206的另一开口可定位在电池单元外壳204面向x轴的正方向的一面上。

在一些示例中，多个入口端口和出口端口还可以包括用于使H₂气体流到单元外壳204中的氢气入口端口210和用于从单元外壳204排出H₂气体的氢气出口端口212(如图2B所示)。在一个示例中，并且如图所示，氢气入口端口210和氢气出口端口212中的每一者可以定位在单元外壳204的下半部上(例如，沿z轴在内部短接电极组件堆叠中的最下部电极组件处)。在另一示例中，氢气入口端口210和氢气出口端口212中的每一者可以定位在单元外壳204的上半部上(例如，沿z轴在内部短接电极组件堆叠的最上部电极组件处)。在又一示例中，氢气入口端口210可定位在电池单元外壳204的下半部上，氢气出口端口212可定位在电池单元外壳204的上半部上。在此类示例中，氢气入口端口210可以相对于重力方向(例如，沿轴g)定位得低于氢气出口端口212。

具体地，在H₂气体经由氢气入口端口210进入单元外壳204后，H₂气体可以经由强制对流(例如，由相应流场板的流场配置引起，如下文参考图5A至5D和8A至8D更详细地讨论的)跨越并且通过内部短接电极组件堆叠分配，并且在阳极半反应中在负电极的催化表面处分解。然而，在一些示例中，多余、未反应的H₂气体可以在与催化表面接触之后保留在再平衡单元202中。在一些示例中，至少一部分在催化表面处未反应的H₂气体可以传递到电解质中。在此类示例中，为了避免不期望的压力积聚并由此防止电解质堆积在正电极上以及伴随的负电极电解质溢流，多个入口端口和出口端口还可以包括泄压出口端口214(如图2A所示)，以从电解质中排出未反应的H₂气体。此外，在一些示例中，氢气出口端口212可以被配置为排出至少一部分未在催化表面处反应并且未通过负电极流到电解质中的H₂气体。下文将参考图4A至5D更详细地讨论H₂气体流动的其他方面。

氢气入口端口210和氢气出口端口212可以基于H₂气体通过内部短接电极组件堆叠的流动路径定位在单元外壳204上。例如，流动路径可以是从氢气入口端口210到氢气出口端口212(当包括时)，并且包括单元外壳204内并且流体耦合到氢气入口端口210和氢气出口端口212(当包括时)的通道、通路、增压室等。在一些示例中，且如图所示，氢气入口端口210和氢气出口端口212可定位在电池单元外壳204的相对侧上。在其它示例中，氢气入口端口210和氢气出口端口212可定位在电池单元外壳204的邻近侧上。在其它示例中，氢气入口端口210和氢气出口端口212可定位在电池单元外壳204的同一侧上。另外，尽管氢气入口端口210在图2A和2B中示出为定位在电池单元外壳204面向x轴的负方向的一面上且氢气出口端口212在图2A和2B中示出为定位在电池单元外壳204面向x轴的正方向的一面上，但在其它示例中，氢气入口端口210可定位在电池单元外壳204面向x轴的正方向的一面上且氢气出口端口212可定位在电池单元外壳204面向x轴的负方向的一面上。

在一个示例中，氢气入口端口210、氢气出口端口212、电解质入口端口206和电解质出口端口208可以以横向配置定位在单元外壳204上。横向配置可以包括氢气出口端口212和电解质入口端口206定位在单元外壳204的上半部的不同侧(例如，面)上，以及氢气入口端口210和电解质出口端口208定位在单元外壳204的下半部的不同侧上。

在其他示例中，可以不存在用于排出未在负电极的催化表面处反应并且未通过负电极流到电解质中的H₂气体的氢气出口端口212。然而，在此类示例中，仍然可以存在用于从电解质中排出未反应的H₂气体的泄压出口端口214，并且未反应的H₂气体可以仅在流动通过负电极到电解质中并且通过泄压出口端口214之后从单元外壳204排出。缺少氢气出口端口212的示例性再平衡单元配置，无论是否包括泄压出口端口214，都可以称为“死端配置”。在死端配置中，基本上所有H₂气体可以受迫与负电极的催化表面接触，其中H₂气体可以经由阳极半反应分解和/或H₂气体可以在传递通过负电极(例如，在其催化表面处不发生反应)后进入电解质。

现在参考图3，其示出了描绘用于再平衡单元(诸如图2A和2B的再平衡单元202)的电极组件302的分解视图300。因此，电极组件302可以内部短接(例如，不引导流动通过电极组件302的电流通过外部负载)。在示例性实施例中，电极组件302可包含在电池单元外壳中配置相似的电极组件的堆叠中，以便形成再平衡电池单元。电极组件302可包含板304以及依次堆叠在其上的活性碳发泡体306、正电极308(在本文中的某些示例中也被称为“阴极”)和负电极310(在本文中的某些示例中也被称为“阳极”)。电极组件302可定位在再平衡电池单元内以便接收通过碳发泡体306的电解质，电解质可从所述碳发泡体经由毛细管作用进入正电极308的孔并与负电极310接触。电极组件302还可以定位在再平衡单元内，以便接收经由对流动跨过与正电极308相对的负电极310的催化表面的H₂气体。可以通过与催化表面界面连接的流场板(图3处未示出)来辅助H₂气体跨过催化表面的对流。在H₂气体在催化表面处经由阳极半反应分解后，质子和电子可以流向负电极310和正电极308的界面连接处，在该处电解质中的离子可以经由阴极半反应还原(例如，Fe³⁺可以还原成Fe²⁺)。以此方式，电极组件302可被配置成用于以流体方式耦合到包含电极组件302的再平衡电池单元的氧化还原液流电池(例如，图1的氧化还原液流电池单元18)的电解质再平衡。

在一些示例中，板304可由例如塑料或其它聚合物等具有低电导率的材料构成，以便减少不期望的短接事件。因此，在一个示例中，板304可由与图2A和2B的电池单元外壳204相同的材料形成。

如图所示，板304可包含从中穿过的多个入口和出口。例如，多个入口和出口可包含电解质出口通道区段316、氢气入口通道区段318a和氢气出口通道区段318b。具体地，板304可以包括用于将电解质引导出再平衡单元的电解质出口通道区段316、用于将H₂气体引导到再平衡单元中并且跨过负电极310的氢气入口通道区段318a，以及用于将H₂气体引导出再平衡单元的氢气出口通道区段318b。板304还可包含用于在电极组件302处接收电解质的电解质入口凹槽312，电解质入口凹槽312以流体方式耦合到被设置成进入邻近碳发泡体306定位的崖径(berm)314b中的多个电解质入口通路314a，用于跨越碳发泡体306分配所接收电解质。在一些示例中，电解质入口凹槽312可以从与其流体耦合(例如，经由电解质入口通道；图3处未示出)的电解质入口端口(例如，图2A和2B的电解质入口端口206)接收电解质，电解质出口通道区段316可以通过与其流体耦合的电解质出口端口(例如，图2A和2B的电解质出口端口208)排出电解质，氢气入口通道区段318a可从与其流体耦合的氢气入口端口(例如，图2A和2B的氢气入口端口210)接收H₂气体，并且氢气出口通道区段318b可以通过与其流体耦合的氢气出口端口(例如，图2A和2B的氢气出口端口212)排出H₂气体。

应了解，虽然氢气入口通道区段318a在本文中描述为氢气入口通道的区段并且氢气出口通道区段318b在本文中描述为氢气出口通道的区段，但是在其他示例中，通道区段318b可以是氢气入口通道的区段(例如，用于在接收来自氢气入口端口的H₂气体之后将H₂气体引导到再平衡单元中并且跨过负电极310)并且气体入口通道区段318a可以是氢气出口通道的区段(例如，用于通过氢气出口端口排出H₂气体来将H₂气体引导出再平衡单元)。在其它示例中，再平衡电池单元可被配置为死端配置，并且氢气出口端口不可以流体方式耦合到氢气出口通道区段318b。在此类示例中，氢气出口通道区段318b可以引导H₂气体返回跨过负电极310，或者氢气出口通道区段318b可以替代地被配置为另一氢气入口通道区段(例如，用于在接收来自氢气入口端口的部分H₂气体之后，将该部分H₂气体引导到再平衡单元中并且跨过负电极310)。

多个入口和出口可以被配置为便于电解质和H₂气体在整个再平衡单元中流动。举例来说，氢气入口通道区段318a和氢气出口通道区段318b中的每一者的大小可被选择为最小化通过其的压降，由此辅助进入内部短接电极组件的堆叠中的每一电极组件302的流量分布。作为另一示例，每一电解质入口通路314a的大小和多个电解质入口通路314a相对于崖径314b的总数目可被选择为引起相对较小的压降，以基本上均匀地分布电解质流。在此示例中，对每一电解质入口通路314a的大小和多个电解质入口通路314a的总数目的选择可取决于特定针对再平衡电池单元的给定配置的若干因素，例如电解质流场的大小和期望的电解质流率。

在额外或替代示例中，电解质出口通道区段316还可被配置成用于通过包含在电解质出口端口中的多个开口分配电解质。例如，在图3的分解视图300中，电解质出口通道区段316示出为包括两个开口。在一些示例中，包含在电解质出口通道区段316中的开口的数目可等于包含在电解质出口端中的开口的数目，使得电解质出口通道区段316的开口可分别对应于电解质出口端口的开口。以此方式，电解质可跨越电极组件302均匀地分布，并且可以基本上不受阻碍的流动从再平衡电池单元中排出。在其他示例中，电解质出口通道区段316可以包括多于两个开口或少于两个开口(例如，单个开口)。

另外，当电极组件302包含在电极组件的堆叠中时，电解质出口通道区段316、氢气入口通道区段318a和氢气出口通道区段318b可对齐以分别形成连续电解质出口通道、连续氢气入口通道和连续氢气出口通道(如在图4A、4B、6A和6B中不同地示出，下文进行描述)。以此方式，电极组件的堆叠可以模块化方式形成，由此任何实际数量的电极组件302可堆叠并包含在再平衡电池单元中。

如进一步所示，多个密封插入件可附连(如本文中所使用，“附连(affix)”、“附连(affixed)”或“附连(affixing)”包含但不限于通过直接或间接关系将一个部件胶合、附接、连接、紧固、接合、连结或固定到另一部件)或以其它方式耦合到板304。举例来说，多个密封插入件可以包括氢气入口通道密封插入件320a和氢气出口通道密封插入件320b，用于通过缓解H₂气体旁通来引起H₂气体流动跨过负电极310。具体地，氢气入口通道密封插入件320a和氢气出口通道密封插入件320b可分别邻近氢气入口通道区段318a和氢气出口通道区段318b附连或以其它方式耦合在板304包含碳发泡体306、正电极308和负电极310的一侧上。在一些示例中，且如参考图4A和4B更详细地论述的，氢气入口通道密封插入件320a和氢气出口通道密封插入件320b可与负电极310的x-y平面重合，使得氢气入口通道密封插入件320a和氢气出口通道密封插入件320b可从与板304的附连或耦合处开始延伸且与正电极308部分地重叠。

作为另一示例，多个密封插入件还可包含氢气入口通道O形环322a和氢气出口通道O形环322b中的每一者，用于分别密封氢气入口通道区段318a与另一电极组件的氢气入口通道区段的界面以及氢气出口通道区段318b与另一电极组件的氢气出口通道区段的界面。具体地，氢气入口通道O形环322a和氢气出口通道O形环322b可附连或以其它方式耦合到板304，以便分别包围氢气入口通道区段318a和氢气出口通道区段318b。

作为另一示例，多个密封插入件还可包含用于在其外边缘处密封电极组件302与另一电极组件的界面的外侧(overboard)O形环324。具体地，外侧O形环324可以附连或以其他方式耦合到板304，以便包围电解质入口凹槽312、多个电解质入口通路314a、崖径314b、电解质出口通道区段316、氢气入口通道区段318a和氢气出口通道区段318b中的每一者。

碳发泡体306可沿y轴在崖径314b与电解质出口通道区段316之间且沿x轴在氢气入口通道区段318a与氢气出口通道区段318b之间定位在板304的空腔326中。具体地，碳发泡体306可定位成与板304形成空腔326的底部的一侧进行共面接触。在一些示例中，碳发泡体306可形成为一个连续的整体片件，而在其它示例中，碳发泡体306可形成为两个或更多个碳发泡体区段。在示例性实施例中，碳发泡体306可为导电的、可渗透的且有孔的，从而为通过多个电解质入口通路314a重力进料的电解质提供分布场。在一些示例中，碳发泡体306的孔分布可在10PPI与100PPI之间。在一个示例中，孔分布可为30PPI。在额外或替代示例中，碳发泡体306的渗透率可以在0.02mm²与0.5mm²之间。因此，碳发泡体306的孔分布和渗透率(除总体大小之外)中的每一者可被选择为将相对较小的压降作为目标，由此引起电解质从碳发泡体306进入正电极308的对流。例如，目标压降可在2mm至3mm的电解质扬程上升(head rise)之间。

在一些示例中，碳发泡体306可用流场板替换，所述流场板被配置成经由流场板的流场配置所引起的对流将电解质输送到正电极308中。具体地，流场板可以流体方式耦合到多个电解质入口通路314a和电解质出口通道区段316中的每一者。在一个示例中，流场板可一体地形成在电极组件302的板304中，相对于z轴定位在正电极308下方。在其它示例中，流场板可以是单独的、可移除的部件。

在一些示例中，并且如下文参考图5A至5D详细描述的，流场配置可以是叉指式流场配置、部分叉指式流场配置或蛇形流场配置。在一些示例中，每个电极组件302可以与每个其他电极组件302的配置(例如，叉指式、部分叉指式、蛇形等)类似的流场配置界面连接。在其它示例中，取决于给定电极组件302在图2A和图2B的再平衡电池单元202中的位置，可在电极组件的堆叠中的电极组件302当中提供数种不同的流场配置。以此方式，电解质可以从电解质入口端口(例如，图2A和2B的电解质入口端口206)引导到分别与电极组件堆叠中的正电极308界面连接的流场板，流场板被配置为叉指式流场配置、部分叉指式流场配置、蛇形流场配置或它们的组合。

在某些示例中，并且如下文参考图4A和4B(也见图8A至8D)更详细地讨论的，除了碳发泡体306是用流场板(在本文中也称为“电解质流场板”)替换之外，另一流场板(在本文中也称为“氢气流场板”)可以相对于z轴与和正电极308相对的负电极310界面连接。然而，在其他示例中，可以包括电解质流场板(例如，代替碳发泡体306)并且可以不存在氢气流场板。在又一其他示例中，可以包括氢气流场板(例如，与负电极310界面连接)并且可以不存在电解质流场板。

正电极308可定位在空腔326中，与碳发泡体306沿z轴与板304相对的一侧进行共面接触。在示例性实施例中，正电极308可为芯吸导电碳毡、海绵或网，其可经由毛细管作用使流动通过碳发泡体306的电解质与负电极310接触。因此，在一些示例中，正电极308可为导电的且有孔的(但在此类示例中，孔比碳发泡体306少)。在一个示例中，当碳发泡体306的孔隙度可以在预定义范围内(例如，低于上限阈值孔隙度以便保留足够的固体材料以促进向上并进入正电极308的芯吸，且高于下限阈值孔隙度以便不妨碍电解质流动通过碳发泡体306)时，电解质可以芯吸到正电极308中。在额外或替代示例中，随着正电极308的孔隙率增大，可以实现以下中的每一者：正电极308的吸收率可以减小，以及正电极308的渗透率可以增大(例如，至少直到诸如当达到正电极308的阈值孔隙率时，保留的正电极308的固体材料少得无法促进电解质的芯吸)。在一些示例中，正电极308的表面的亲水性可能足以实现期望的再平衡单元操作(例如，通过促进彻底的电解质润湿并由此形成离子传导介质)。在此类示例中，正电极308的总体亲水性可通过涂覆或处理其表面来增加。此外，尽管除了一部分电解质被芯吸到正电极308中之外，至少一些H₂气体也可以进入正电极308中，但正电极308可以视为分离器，大量H₂气体位于其上方并且大量电解质位于其下方。

在一些示例中，正电极308和负电极310中的每一者可以形成为连续的整体片件(例如，不是离散颗粒或多个片件)，使得当使电解质与H₂气体在负电极310的催化表面处接触时，可以减小跨边界层膜的界间质量传递损失，从而促进离子和质子运动。相比而言，包含离散填充的催化剂颗粒的填充床配置可包含围绕每一个别颗粒的质量传递限制边界层膜，由此降低大量电解质中的电解质到颗粒表面的质量传递速率。

负电极310可以定位在空腔326中，与正电极308沿z轴与碳发泡体306相对的侧共面接触，使得可在(芯吸的)电解质、负电极310的催化表面与H₂气体之间形成三相接触界面连接，以供质子(例如，H⁺)和离子(H₃O⁺)运动从中通过。同时，正电极308可以通过提供电子移动到电解质前部中并还原那里的Fe³⁺离子的导电路径来减小总体电阻。

在示例性实施例中，负电极310可为有孔的非导电材料或其上涂覆有金属催化剂的导电碳基底。在一些示例中，有孔的非导电材料可包含聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯等。在一些示例中，导电碳基底可包含碳布或碳纸。在一些示例中，金属催化剂可包含贵金属催化剂。在一些示例中，贵金属催化剂可以包括Pt。在额外或替代示例中，贵金属催化剂可包括Pd、Rh、Ru、Ir、Ta或它们的合金。在一些示例中，出于成本考虑，可以采用相对少量(例如，0.2wt％至0.5wt％)负载在导电碳基底上的贵金属催化剂。然而，实际上，贵金属催化剂的量可能没有特别受限，并且可基于再平衡电池单元的期望反应速率和再平衡电池单元的预期使用寿命中的一个或多个而选择。此外，包含在贵金属催化剂中的合金可用于降低成本并提高贵金属催化剂的腐蚀稳定性。例如，在Pt中添加10％的Rh可以将Fe³⁺对Pt的腐蚀减少98％以上。在其他示例中，金属催化剂可以包括出于三价铁溶液和其他此类酸性环境中的稳定性而选择的非贵金属催化剂(例如，硫化钼)。在一个示例中，负电极310可以包括涂覆有1.0mg/cm²Pt的碳布，并且可以包括用聚四氟乙烯(PTFE)粘合剂粘合的微孔层(例如，为了疏水性)。实际上，与使用其它粘合剂形成的电极组件相比，加入PTFE粘合剂可增强延长的持续时间内再平衡电池单元性能的耐久性。

在一些示例中，例如当贵金属催化剂包含Pt时，负电极310的浸泡可能最终导致贵金属催化剂的腐蚀。在其他示例中，并且如上文参考图2A和2B更详细地讨论的，电极组件302(连同电极组件堆叠和整个再平衡单元)可以相对于再平衡单元搁置在其上的表面倾斜或偏斜(例如，z轴可以与重力方向不平行)，使得当电解质经由重力给料被抽吸通过碳发泡体306朝向电解质出口通道区段316流动时，贵金属催化剂可以保持相对干燥。因此，在一些示例中，电极组件302可为水平的，或相对于再平衡电池单元所搁置的表面以0°与30°之间的角度倾斜。

在示例性实施例中，包含碳发泡体306、正电极308和负电极310中的每一者的电极组件302可沿z轴向下压缩，其中正电极308在给定压缩压力下的偏转比碳发泡体306和负电极310更大。因此，可基于碳发泡体306的厚度、正电极308的厚度、正电极308的期望压缩量和负电极310的厚度而选择空腔326的深度。具体地，空腔326的深度可以选择为大于碳发泡体306在基本上完全压缩之后的厚度和正电极308在基本上完全压缩之后的厚度之和的下限阈值深度(以避免碳发泡体306的过应力和压碎，这可能会阻碍电解质流动)，并且小于碳发泡体306的厚度和正电极308的厚度之和的上限阈值深度(以避免正电极308的零压缩和可能的间隙，这可能导致H₂气体与电解质的不充分接触)。例如，在其中碳发泡体306的厚度是6mm、正电极308的厚度是3.4mm、正电极308的期望压缩是0.4mm(以便实现0.01MPa的期望压缩压力)，并且负电极310的厚度是0.2mm的示例中，空腔326的深度可以是9.2mm(＝3.4mm+6mm+0.2mm-0.4mm)。作为另一示例，碳发泡体306的厚度可以在2mm和10mm之间，正电极308的厚度可以在1mm和10mm之间，正电极308的期望压缩可以在0mm和2.34mm之间(以便实现0MPa到0.09MPa的期望压缩压力)，并且负电极310的厚度可以在0.2mm至1mm之间，使得空腔326的深度可以在0.86mm和21mm之间。在额外或替代示例中，正电极308的厚度可以是碳发泡体306的厚度的20％至120％。在一个示例中，正电极308的厚度可为碳发泡体306的厚度的100％到110％。在一个示例中，空腔326的深度可以进一步取决于碳发泡体306的压碎强度(例如，空腔326的深度可以随着压碎强度的减小而增大)。例如，当空腔326的深度是9.2mm时(例如，当正电极的期望压缩是0.4mm时)，发泡体压碎安全系数(FOS)可以是5.78。在一些示例中，发泡体压碎FOS可以具有最小值0.34，其中小于1的发泡体压碎FOS值可以指示预期至少有一些压碎。在一些示例中，可以通过在制造碳发泡体306期间对其进行热处理来降低碳发泡体306的压碎强度(在一个示例中，从0.08MPa到0.03MPa)。应了解，电极组件302可以被配置为使得空腔326的深度尽可能小(例如，在上述约束范围内)，因为通常更薄的电极组件302可以使得再平衡单元的总体大小减小并且跨电极组件302的电阻减小(例如，因为电解质流动可以更靠近负电极310)。

以此方式，电极组件302可包含依次堆叠的碳发泡体306以及一对界面连接的正电极308和负电极310，所述正电极和负电极彼此进行共面接触且是连续导电的。具体地，第一界面可形成于正电极308与碳发泡体306之间且第二界面可形成于正电极308与负电极310之间，第二界面跨越正电极308与第一界面相对，且碳发泡体306、正电极308和负电极310中的每一者可为导电的。因此，电极组件302可能内部短接，使得流动通过电极组件302的电流可不被用通道输送通过外部负载。

在示例性实施例中，并且如上文所讨论，强制对流可以引起H₂气体流到电极组件302中并且跨过负电极310(例如，经由与负电极310界面连接的流场板；图3处未示出)。因此，H₂气体可以经由方程式(4a)(例如，方程式(1)的逆反应)与负电极310的催化表面反应：

1/2H₂→H⁺+e^-(阳极半反应) (4a)

质子(H⁺)和电子(e^-)可以传导跨过负电极310并且到正电极308中。经由碳发泡体306被引导通过电极组件302的电解质可被芯吸进入正电极308。在正电极308和负电极310之间的第二界面连接处和附近，电解质中的Fe³⁺可以经由方程式(4b)还原：

Fe³⁺+e^-→Fe²⁺(阴极半反应) (4b)

总结方程式(4a)和(4b)，电解质再平衡反应可被写为方程式(4)：

Fe³⁺+1/2H₂→Fe²⁺+H⁺(电解质再平衡) (4)

由于电极组件302是内部短接的，因此电极组件302的电池单元电位可被驱动到零，如下所示：

0＝(E_pos-E_neg)-(η_act+η_mt+η_ohm) (7)

其中E_pos是正电极308的电位，E_neg是负电极310的电位，η_act是活化过电位，η_mt是质量传递过电位，并且η_ohm是欧姆过电位。对于如图3中所配置的电极组件302，可以假设η_mt和η_act可以忽略不计。此外，η_ohm可以取决于电解质的过电位η_electrolyte和形成正电极308的碳毡的过电位η_felt，如下所示：

η_ohm＝η_electrolyte+η_felt (8)

因此，电极组件302的性能可以至少受到电解质的电阻率σ_electrolyte和碳毡的电阻率σ_felt的限制。电解质的电导率和碳毡的电导率还可以分别取决于电解质的电阻R_electrolyte和碳毡的电阻R_felt，其可以给定为：

R_electrolyte＝σ_electrolyte×t_electrolyte/A_electrolyte (9)

R_felt＝σ_felt×t_felt/A_felt (10)

其中t_electrolyte是电解质的厚度(例如，电解质前部的高度)，t_felt是碳毡的厚度(例如，正电极308的厚度)，A_electrolyte是电解质的活性面积(前部)，A_felt是碳毡的活性面积。因此，电极组件302的性能可进一步基于碳毡内电解质的前部位置以及因此电解质跨越碳发泡体306的分布和被芯吸进入形成正电极308的碳毡的电解质的量而受到限制。

在确定R_electrolyte和R_felt之后，电极组件302的电流I_assembly可以确定为：

I_assembly＝(E_pos-E_neg)/(R_electrolyte+R_felt) (11)

并且电解质再平衡反应的速率v_rebalancing(例如，Fe³⁺的还原速率)可以进一步确定为：

v_rebalancing＝I_assembly/(nFA_rebalancing) (12)

其中n是流动通过负电极310的电子数量，F是法拉第常数，并且A_rebalancing是电解质再平衡反应的活性面积(例如，电解质前部和负电极310之间的界面连接的面积)。举例来说，对于具有t_felt＝3mm的未压缩碳毡，v_rebalancing可以具有最大值113mol/m²hr。

现在参考图4A和4B，其分别示出了横截面图400和放大插图450，横截面图400和放大插图450中的每一者描绘再平衡单元202内的H₂气体流动的示例性方面。具体地，放大插图450放大由虚线椭圆形410定界的一部分横截面图400。如图4A和4B所示，再平衡单元202可以包括形成为单独电极组件302的堆叠的电极组件堆叠402，这些电极组件对齐使得每个电极组件302的氢气入口通道区段318a与每个其他电极组件302的氢气入口通道区段318a形成连续的氢气入口通道404。氢气入口增压室406还可以包括在氢气入口通道404中，氢气入口增压室406将氢气入口通道404流体耦合到氢气入口端口210。相应的氢气入口通道O形环322a和外侧O形环324可在成对的电极组件302之间的界面处密封氢气入口通道404。应了解，在横截面图400和放大插图450中描绘再平衡单元202的剖切部分以便详细描述，并且可以不描绘再平衡单元202的额外特征(例如，在图2A和2B中示出)。此外，应了解，电极组件堆叠402中可以包括比给定应用的横截面图400中所示更多或更少的电极组件302(然而，在一些示例中，按比例扩大的性能可能对H₂气体利用率等于或低于50％的H₂气体流动基本上不敏感)。此外，尽管参考图4A和4B详细描述了氢气入口通道404和邻近部件的结构特征，但应了解，对应的氢气出口通道[例如，通过对齐每个电极组件302的氢气出口通道区段318b(见图3)来形成]和相邻部件的结构特征可以类似地配置(除了氢气出口通道可以是死端或者包括在氢气出口通道中的氢气出口增压室可以沿x轴和z轴与氢气入口增压室406相对地定位之外)。

如图所示，并且如箭头408a指示的，H₂气体可以经由氢气入口端口210进入氢气入口通道404，首先流到氢气入口增压室406中，并且然后在沿z轴的正方向上依次通过氢气入口通道区段318a。氢气入口增压室406的尺寸和形状不受特别限制，但是可以选择氢气入口增压室406的最小尺寸(例如，最小体积、最小流动路径宽度)以避免相对高的流速和压降导致较差的H₂气体分配。此外，倾斜支撑件220可以使再平衡单元202倾斜，使得氢气入口通道404沿着z轴的正方向远离重力方向延伸(尽管不直接与重力方向相反，如上文参考2A和2B详细描述的)，并且H₂气体可以沿z轴的正方向沿氢气入口通道404对流。

如图进一步所示，并且如由箭头408b所指示的，至少一些H₂气体可以从氢气入口通道404流动跨过每个相应电极组件302的氢气入口通道密封插入件320a并且流到一个或多个氢气入口通路452中，该通路流体耦合到氢气入口通道404并且与每个相应电极组件302界面连接。在一个示例中，给定电极组件302的氢气入口通道密封插入件320a的、与给定电极组件302的一个或多个氢气入口通路452相对的表面，可以与与给定电极组件302的负电极310的、与给定电极组件的一个或多个氢气入口通路452相对的表面相同的x-y平面重合。此外，在一些示例中，给定电极组件302的氢气入口通道密封插入件320a可以从与给定电极组件302的板304的附连或耦合处沿z轴延伸，并且与给定电机组件302的正电极308部分地重叠，从而有助于在正电极的边缘处密封正电极308。

在示例性实施例中，一个或多个氢气入口通路452可以不完全包括在任何给定电极组件302中，而是可以形成为电极组件堆叠402中的邻近电极组件302对之间的一个或多个间隙。在一些示例中，与给定电极组件302界面连接的一个或多个氢气入口通路452可以被配置为流场配置，使得H₂气体可以强制对流到与给定电极组件302界面连接的一个或多个氢气入口通路452中。具体地，并且如下文参考图8A至8D详细描述的，配置为流场配置的一个或多个氢气入口通路452可以由与给定电极组件302的负电极310界面连接的流场板形成。在一个示例中，与给定电极组件302的负电极310界面连接的流场板可以一体地形成在邻近电极组件302的板304中，相对于z轴定位在邻近电极组件302的碳发泡体306下方。在其他示例中，与给定电极组件302的负电极310界面连接的流场板可以是单独的可移除部件。此外，相对于z轴的最顶部流场板可以不与任何电极组件302一体地形成，并且可以替代地包括在再平衡单元202中作为单独的可移除部件或有一体式特征的另一部件(例如，图2A和2B的单元外壳204)。

在一些示例中，并且如下文参考图5A至5D详细描述的，流场配置可以是叉指式流场配置、部分叉指式流场配置或蛇形流场配置。在一些示例中，每个电极组件302可以与每个其他电极组件302的配置(例如，叉指式、部分叉指式、蛇形等)类似的流场配置界面连接。在其他示例中，可以在电极组件堆叠402的电极组件302中提供多个不同的流场配置(例如，取决于给定电极组件302在再平衡单元202中的位置)。以此方式，H₂气体可以从氢气入口端口210引导至分别与电极组件堆叠402的负电极310界面邻近的流场板，流场板被配置为叉指式流场配置、部分叉指式流场配置、蛇形流场配置或它们的组合。

如图进一步所示，并且如由箭头408c所指示，H₂气体可以对流动跨过电极组件堆叠402的负电极310(例如，以每m²负极310的催化表面10l/min至50l/min的流动速率)。在一些示例中，与相应电极组件302界面连接的流场板可以辅助对流并且跨相应负电极310分配H₂气体。H₂气体可以在阳极半反应中与电极组件堆叠402的负电极310的催化表面反应(见方程式(4a))以产生质子和电子，该质子和该电子然后可以流向相应的正电极308和碳发泡体306。在一些示例中，至少一些H₂气体可以保持未反应，并且也可以沿着箭头408c流动跨过电极组件堆叠402的负电极310。

现在参考图5A至5D，其分别示出了示意图500、520、540和560，该示意图500、520、540和560分别描绘示例性叉指式流场配置、示例性部分叉指式流场配置、第一示例性蛇形流场配置，以及第二示例性蛇形流场配置。在示例性实施例中，图4A和4B的一个或多个氢气入口通道452可以由针对给定电极组件被配置为图5A至5D的示例性流场配置中的任一者的流场板形成。在额外或替代实施例中，图3至4B、6A和6B的碳发泡体306可以替换为针对给定电极组件被配置为图5A至5D的示例性流场配置中的任一者的流场板。提供一组参考轴501用于描述所示部件的相对定位并且用于图5A至5D的视图之间的比较，轴501指示x轴、y轴和z轴。应了解，图5A至5D所示的相对尺寸是示例性的，并且其他流场配置视为在本公开的范围内(例如，其中具有更宽的通路、更多数量的通道或弯曲部等)。例如，形成流场配置的通道可以在其中包括一系列台阶(例如八个台阶，但台阶的总数可增加或减少以改变流体扩散并且由此增强给定应用的性能)，从通路的入口到通路的出口或端部，这些台阶的高度逐渐增加(例如，从基本上为零的高度到通路的总深度或接近通路的总深度)。

如图5A的示意图500所示，示例性叉指式流场配置可以包括第一入口通道506a和第二入口通道506b。流体(例如，H₂气体、电解质)可以平行于z轴流动通过第一入口通道506a和第二入口通道506b中的每一者，从这里流体可以在端壁508上强制对流并且流到平行于x轴的叉指式流场配置的通路502中(如由箭头504所指示)。在一些示例中，当示例性叉指式流场配置与多孔介质(诸如图3至4B的正电极308或负电极310)界面连接时，基本上所有流体可以在强制对流到通路502中之后进入多孔介质中(例如，不是从入口通道506a、506b中的一者传递到另一者)。如图所示，通路502中的每一者可以通向第一入口通道506a和第二入口通道506b中的一者。然而，在一些示例中，第二入口通道506b可以在别处流体耦合到第一入口通道506a。因此，在一个示例中，第二入口通道506b可以用作流体的出口通道(例如，流体可以首先流动通过第一入口通道506a，并且然后在流体通过多孔介质之后通过第二入口通道506b)。在额外或替代示例中，流体的出口通道可以不是入口通道506a、506b中的任一者。例如，出口通道可以是泄压出口端口(诸如图2A的泄压出口端口214)，在流体通过多孔介质之后，流体可以流动通过该泄压出口端口。在某些示例中，其中流体是H₂气体并且多孔介质是图3至4B的负电极310，流体可以依次传递通过负电极310，进入负电极310的另一侧上的流动电解质，并且经由泄压出口端口214(流体耦合到该流动电解质)排出。

如图5B的示意图520所示，示例性部分叉指式流场配置可以包括第一入口通道526a和第二入口通道526b。流体(例如，H₂气体、电解质)可以平行于z轴流动通过第一入口通道526a和第二入口通道526b中的每一者，从这里流体可以平行于x轴强制对流到平分部分叉指式流场配置的通路522的端壁528的受限入口522a中(如由箭头524所指示)。在一些示例中，当示例性部分叉指式流场配置与多孔介质(诸如图3至4B的正电极308或负电极310)界面连接时，并且虽然通路522中的每一者可以向第一入口通道526a和第二入口通道526b中的每一者开放，但是基本上所有流体可以在经由受限入口522a强制对流到通路522中之后进入多孔介质中(例如，不是从入口通道526a、526b中的一者传递到另一者)。受限入口522a中的每一者的厚度可以是可变的，范围从对应通路522的最大厚度(例如，直通道流场配置，其中入口522a基本上不受限制)到基本上为零的厚度(例如，完全叉指式流场配置，诸如图5A的示例性叉指式流场配置)。

如图5C的示意图540所示，第一示例性蛇形流场配置可以包括入口通道546a和出口通道546b。流体(例如，H₂气体、电解质)可以平行于z轴流动通过入口通道546a，从这里流体可以平行于x轴强制对流到第一示例性流场配置的蛇形通路542的入口542a中。如由箭头544所指示，流体可以平行于x轴和y轴沿蛇形通路542流动，在其中以90°弯曲改变方向，直到流体从蛇形通路542的出口542b排出到出口通道546b中。如图进一步所示，第一示例性蛇形流场配置可以包括蛇形通路542的平行于y轴的较长直线区段和蛇形通路542的平行于x轴的较短直线区段(例如，U形弯曲的底部)。在额外或替代示例中，相同或类似配置的多个蛇形通路542可以将入口通道546a流体耦合到出口通道546b。在一些示例中，当第一示例性蛇形流场配置与多孔介质(诸如图3至4B的正电极308或负电极310)界面连接时，并且虽然蛇形通路542可以向入口通道546a和出口通道546b中的每一者开放，但是基本上所有流体可以在经由入口542a强制对流进入蛇形通路542中之后进入多孔介质(例如，不是从入口通道546a传递到出口通道546b)。然而，在一个示例中，蛇形通路542可以不包括出口542b，并且因此可以不流体耦合到出口通道546b(例如，诸如当第一示例性蛇形流场配置是死端时)。

如图5D的示意图560所示，第二示例性蛇形流场配置可以包括入口通道566a和出口通道566b。流体(例如，H₂气体、电解质)可以平行于z轴流动通过入口通道566a，从这里流体可以平行于x轴强制对流到第二示例性流场配置的蛇形通路562的入口562a中。如由箭头564所指示，流体可以平行于x轴和y轴沿蛇形通路562流动，在其中以90°弯曲改变方向，直到流体从蛇形通路562的出口562b排出到出口通道566b中。如图进一步所示，第二示例性蛇形流场配置可以包括蛇形通路562的平行于x轴的较长直线区段和蛇形通路562的平行于y轴的较短直线区段(例如，U形弯曲的底部)。在额外或替代示例中，相同或类似配置的多个蛇形通路562可以将入口通道566a流体耦合到出口通道566b。在一些示例中，当第二示例性蛇形流场配置与多孔介质(诸如图3至4B的正电极308或负电极310)界面连接时，并且虽然蛇形通路562可以向入口通道566a和出口通道566b中的每一者开放，但是基本上所有流体可以在经由入口562a强制对流进入蛇形通路562中之后进入多孔介质(例如，不是从入口通道566a传递到出口通道566b)。在一个示例中，蛇形通路562可以不包括出口562b，并且因此可以不流体耦合到出口通道566b(例如，诸如当第二示例性蛇形流场配置是死端时)。

现在参考图6A和6B，分别示出横截面图600和放大插图650，横截面图600和放大插图650中的每一者描绘再平衡电池单元202内的电解质流动的示例性方面。具体地，放大插图650放大由虚线椭圆形610定界的一部分横截面图600。如图6A和6B所示，再平衡电池单元202可包含一个或多个电解质入口通道614，其以流体方式耦合到包含在电极组件堆叠402的个别电极组件302中的电解质入口凹槽312。一个或多个电解质入口通道614中的每一者可经由相应的喷嘴或孔口612以流体方式耦合到相对于z轴位于电极组件堆叠402上方的电解质入口增压室606a，从而调控、限制或以其它方式控制电解质进入相应的电解质入口通道614的流动。电解质入口增压室606a还可以流体耦合到电解质入口端口(例如，图2A和2B的电解质入口端口206；图6A和6B处未示出)。电极组件堆叠402还可形成为个别电极组件302的堆叠，这些电极组件302对齐使得每一电极组件的电解质出口通道区段316与每一电极组件302的电解质出口通道区段316形成连续的电解质出口通道604，电解质出口通道604平行于一个或多个电解质入口通道614并且相对于y轴位于再平衡电池单元202的与一个或多个电解质入口通道614相对的一端上。电解质出口增压室606b还可包含在电解质出口通道604中，电解质出口增压室606b将电解质出口通道604以流体方式耦合到电解质出口端口208。相应的外侧O形环324可在成对的电极组件302之间的界面处密封电解质出口通道604。应了解，在横截面图600和放大插图650中描绘再平衡电池单元202的剖切部分以便详细描述，并且可不描绘再平衡电池单元202(例如，在图2A和2B中示出)的额外特征。另外，应了解，电极组件堆叠402中可包含比给定应用的横截面图600中所示更多或更少的电极组件302。

电解质可经由电解质入口端口进入电解质入口增压室606a，从所述电解质入口端口，电解质可分别经由一个或多个孔口612被引入一个或多个电解质入口通道614。在一些示例中，电解质入口增压室606a的横截面形状可被选择为便于机械加工。举例来说，电解质入口增压室606a的横截面形状可为矩形的。作为另一示例，电解质入口增压室606a的横截面形状可为圆形的。电解质入口增压室606a的大小可被选择为在电解质进入再平衡电池单元202后实现相对较低的压降。

在一些示例中，一个或多个孔口612中的每一者的大小可在3mm与10mm之间，这取决于电极组件堆叠402中的电极组件302的总数目、再平衡电池单元202的总体大小和电解质流动路径设计。一个或多个孔口612中的每一者的大小和总体配置可被选择为维持遍及电极组件堆叠402中的每一电极组件302的基本上均匀的电解质流动。

在一些示例中，一个或多个电解质入口通道614中的每一者可为邻近电极组件堆叠402而配置的连续且不间断的通道。在其它示例中，电极组件堆叠402中的每一电极组件302可包含分别对应于一个或多个电解质入口通道614的一个或多个电解质入口通道区段。在此类示例中，电极组件堆叠402中的电极组件302可对齐，使得每一电极组件302的一个或多个电解质入口通道区段分别与每一其它电极组件302的一个或多个电解质入口通道区段形成一个或多个电解质入口通道614。

在一些示例中，一个或多个电解质入口通道614可包含多个电解质入口通道614，并且一个或多个孔口612可包含分别以流体方式耦合到多个电解质入口通道614的多个孔口612，使得可形成电解质入口歧管。在图6A的横截面图600中，多个电解质入口通道614中的单个最接近的电解质入口通道614是可见的，遮挡了多个电解质入口通道614中平行于x轴与之对齐的每一其它电解质入口通道614。在一些示例中，形成电解质入口歧管的多个电解质入口通道614中的每一者可以分别流体耦合到电极组件堆叠402的单个电极组件302，以便使电解质均匀流动跨过电极组件堆叠的电极组件302(例如，负电极310的每m²催化表面的电解质流率为～10-40L/min)。

在一些示例中，进入电解质入口增压室606a的电解质可以具有可调整的流率(例如，借助氧化还原液流电池系统的控制器，诸如图1的控制器88，执行存储在其非暂时性存储器中的指令)，使得可以基于给定应用可控地调整电解质进入再平衡单元202中和在再电池单元内的均匀分配。在某些示例中，可基于对电解质进入电解质入口增压室606a的电解质流率的调整而相应地调整电极组件堆叠402中的个别电极组件302之间的电解质流动分布。

在其它示例中，多个电解质入口通道614中的每一者可以流体方式耦合到电极组件堆叠402中的每一电极组件302，以便使电解质相对于x轴和y轴两者跨越电极组件堆叠402均匀地分布。在替代示例中，一个或多个电解质入口通道614可包含可以流体方式耦合到电极组件堆叠402中的每一电极组件302的电解质入口通道614。

在一些示例中，一个或多个电解质入口通道614中的每一者的横截面形状可为圆形。然而，一个或多个电解质入口通道614中的每一者的横截面形状不受特别限制，并且可采用其它几何形状。一个或多个电解质入口通道614中的每一者的大小可以选择为针对流经负电极310的每m²的催化表面的电解质流率为～10-40L/min实现相对较低的压降(例如，相对较小的大小可能导致电解质分配不佳)，同时维持对再平衡单元202作为一个整体的实际大小考虑(例如，相对较大的大小可能导致不期望的较大再平衡单元202)。在一个示例中，一个或多个电解质入口通道614中的每一者的横截面形状可为直径在10mm与30mm之间的圆形。

在进入一个或多个电解质入口通道614后，其中的压力可以基本上类似于电解质源(例如，图1的负电极隔室20和正电极隔室22和/或集成多腔室电解质储罐110)的压力，使得重力可以基本上专门驱动电解质流动通过一个或多个电解质入口通道614。具体地，且如箭头608a所指示，电解质可在沿z轴的负方向上流过一个或多个电解质入口通道614且进入电极组件堆叠402的电解质入口凹槽312。倾斜支撑件220可使再平衡电池单元202倾斜从而使得z轴相对于与重力方向重合的轴g偏移，且电解质可经由重力给料流过电极组件堆叠402的碳发泡体306(如箭头608b所指示)。

如进一步所示，且如箭头608c所指示，当流动通过电极组件堆叠402的碳发泡体306时，至少一些电解质可经由毛细管作用被引入电极组件堆叠402的正电极308、朝向电极组件堆叠402的负电极310。电解质中的Fe³⁺离子可以通过在阴极半反应中电子流动通过电极组件堆叠402的负电极310(见方程式(4b))以产生Fe²⁺离子来还原。对于电极组件堆叠402中的每个电极组件302，为了确保正电极308与负电极310之间不存在间隙(这可能导致Fe³⁺还原速率减小)，空腔(例如，图3的空腔326)的深度652可以选择为使得正电极308至少部分地被压缩而不会过度压缩碳发泡体306(这可能使发泡体的发泡体结构变形和分解)。因此，为了最小化电极组件堆叠402中的每个电极组件302中的碳发泡体306的压缩量，相对于正电极308完全未压缩时，邻近正电极308的厚度654可以减小(例如，减小约10％)。在一些示例中，对于电极组件堆叠402中的每个电极组件302，正电极308的厚度654可以是碳发泡体306的厚度656的20％至120％，其中可以基于诸如碳发泡体306的渗透率、正电极308的总体大小等结构考虑因素来选择正电极308的厚度654和碳发泡体306的厚度656中的每一者。在一个示例中，对于电极组件堆叠402中的每个电极组件302，正电极308的厚度654可以是碳发泡体306的厚度656的100％至110％。

如进一步所示，且如箭头608d所指示，在流动通过电极组件堆叠402的碳发泡体306之后，电解质可被引导通过电极组件堆叠402的电解质出口通路658、进入电解质出口通道604且通过电解质出口端口208从中离开。具体地，对于电极组件堆叠402中的每个给定电极组件302，电解质可以从碳发泡体306流动通过电解质出口通路658并且流到电解质出口通道区段316中，从这里电解质可以在重力方向上(例如，沿轴g的正方向)流到电解质出口增压室606b中(在传递通过插入在给定电极组件302与电解质出口增压室606b之间的任何另外的电解质出口通道区段316之后)。电解质接着可通过电解质出口增压室606b且进入电解质出口端口208，电解质可从所述电解质出口端口从再平衡电池单元202中排出。以此方式，电解质可以引导从电解质入口端口(例如，图2A和2B的电解质入口端口206；图6A和6B处未示出)通过电极组件堆叠402的碳发泡体306朝向电解质出口端口208。

在一些示例中，电解质出口通路658中的每一者的总体大小可被选择为大到足以产生合适的压降且不会过度填充电解质出口增压室606b(其可相对于z轴使电极组件堆叠402底部处的电极组件302发生溢流)。因此，在此类示例中，电解质出口通路658中的每一者的总体大小可取决于电解质出口增压室606b的总体大小和对应于电解质出口端口208的开口的总数目。在其它示例中，电解质出口增压室606b的尺寸可大到足以容纳具有更少、更大的开口的电解质出口端口208。在其中电解质出口端口208定位在单元外壳204面向z轴的负方向的面上的示例中，可容纳更大的开口，同时维持沿z轴的最下部电极组件302的厚度，并且可以进一步降低压降(例如，因为电解质将不会以～90°的角度从电解质出口增压室606b流向电解质出口端口208)。

如进一步所示，流场板626可分别与电极组件堆叠402中的电极组件302界面连接。在一些示例中，流场板626可以与给定电极组件302的负电极310界面连接(例如，共面接触)，并且可以一体地形成在邻近电极组件302的板304中，相对于z轴定位在邻近电极组件302的碳发泡体306下方。在其它示例中，与给定电极组件302的负电极310界面连接的流场板626可为单独的可移除部件。此外，并且如图进一步所示，相对于z轴的最顶部流场板626可以不与任何电极组件302一体地形成，并且可以替代地包括在再平衡单元202中作为单独的可移除部件或有一体式特征的另一部件(例如，图2A和2B的单元外壳204)。

在示例性实施例中，被配置为使H₂气体流动跨过给定电极组件302的一个或多个氢气入口通路452可以由与给定电极组件302的负电极310界面连接的流场板626形成。例如，一个或多个氢气入口通路452可以被配置为彼此平行并且平行于x轴的多个氢气入口通路452(例如，在叉指式流场配置或部分叉指式流场配置中)或H₂气体可以平行于x轴进入其中的单个卷绕氢气入口通路452(例如，在蛇形流场配置中)。在一些示例中，一个或多个氢气入口通路452可平行于x轴延伸，而电解质可平行于y轴流过给定电极组件302的碳发泡体306(如由箭头608b所指示)。因此，在此类示例中，H₂气体可以以90°的角度引导到电极组件堆叠402中，以该角度电解质可以引导到电极组件堆叠402中。

在额外或替代示例中，给定电极组件302的碳发泡体306可用流场配置与流场板626基本上类似的流场板替换。在一个此类示例中，替换给定电极组件302的碳发泡体306的流场板的流场配置可在与流场板626的流场配置相同的方向上相对于x轴和y轴定向。在另一此类示例中，替换给定电极组件302的碳发泡体306的流场板的流场配置可以在与流场板626的流场配置不同的方向上(例如，以90°的角度、180°的角度或270°的角度)相对于x轴和y轴定向。

现在参考图7A和7B，其分别示出了透视图700和750，透视图700和750中的每一者描绘通过用于氧化还原液流电池系统的再平衡单元的示例性电极组件702的电解质流动的方面。如图所示，电极组件702可以包括碳发泡体706、正电极708和负电极710的依次堆叠，其中碳发泡体706和正电极708可以彼此共面接触，正电极708可以与负电极710共面接触，并且该依次堆叠可以是连续导电的。在一些实施例中，可以在再平衡单元202中实现电极组件702的堆叠来代替电极组件堆叠402的电极组件302(见图2A至4B、6A和6B)。因此，氧化还原液流电池系统可以是图1的氧化还原液流电池系统10。提供一组参考轴701用于描述所示部件的相对定位并且用于图7A和7B的视图之间的比较，轴701指示x轴、y轴和z轴。如图7B中的虚线进一步所示，额外的轴g可以平行于重力方向(例如，在沿轴g的正方向上)和竖直方向(例如，在沿轴g的负方向上并且与重力方向相反)。

如图所示，电极组件702可以包括板704上的碳发泡体706、正电极708和负电极710的依次堆叠，其中板704可以与碳发泡体706共面接触，碳发泡体706可以与正电极708共面接触，并且正电极708可以与负电极710共面接触。如图7B的透视图750进一步所示，碳发泡体706可以通过多个保持器766保持就位。因此，碳发泡体706的总体尺寸可以选择为与多个保持器766间隙配合。碳发泡体706和正电极708中的每一者可以是多孔的并且与负电极710连续导电的。具体地，在示例性实施例中，碳发泡体706可以是活性导电碳发泡体，正电极708可以是导电碳毡，并且负电极710可以是其上涂覆有Pt催化剂的导电碳基底。因此，在一些示例中，碳发泡体706、正电极708和负电极710可以分别是图3的碳发泡体306、正电极308和负电极310。因此，在一个示例中，碳发泡体706可以用流场板代替，用于使电解质对流动跨过电极组件702并且与正电极708接触。

除了用于接收电解质(例如，从再平衡单元的电解质入口端口)的电解质入口凹槽712之外，板704还可以包括多个入口和出口，用于通过其引导H₂气体和电解质的流动。例如，多个入口和出口可以包括用于接收H₂气体(例如，从再平衡单元的氢气入口端口)的氢气入口通道区段718a、用于排出H₂气体(例如，通过再平衡单元的氢气出口端口)的氢气出口通道区段718b，以及用于排出电解质(例如，通过再平衡单元的分别由一个或多个电解质出口通路716接受并安装到该一个或多个电解质出口通道的一个或多个电解质出口端口，在示例性实施例中，该一个或多个电解质出口端口被配置为一个或多个熔焊管道法兰)的一个或多个电解质出口通路716。

如图进一步所示，电解质入口凹槽712可以经由设置在平行于x轴延伸的崖径714b中的多个电解质入口通路714a流体耦合到碳发泡体706、正电极708和负电极710的依次堆叠。具体地，多个电解质入口通路714a可以跨崖径714b分配，多个电解质入口通路714a中的每一者的长度平行于y轴延伸。在一些示例中，并且如图7B的透视图750所示，电解质槽764还可以插在崖径714b与碳发泡体706、正电极708和负电极710的依次堆叠之间。以此方式，电解质入口凹槽712、多个电解质入口通路714a、崖径714b和电解质槽764可以被配置为跨碳发泡体706、正电极708和负电极710的依次堆叠分配电解质。

在一些示例中，多个电解质入口通路714a的总数可以基于0.5mm至3mm的电解质扬程上升的目标压降(其又可以是电解质流率和电极组件702的总体尺寸的函数)来选择。在一些示例中，多个电解质入口通路714a中的每一者的形状可以是矩形(例如，为了易于制造)。然而，多个电解质入口通路714a中的每一者的形状不受特别限制并且可以采用其他几何形状。

在示例性实施例中，并且如由箭头708a所指示，电解质入口凹槽712可以从电解质入口端口(例如，图2A和2B的电解质入口端口206)接收电解质。当电解质在整个电解质入口凹槽712中分配时，电解质可以聚集在崖径714b上并且经由多个电解质入口通路714a流动跨过崖径并且流到电解质槽764中。当电解质在整个电解质槽764中进一步分配时，电解质可以从那里流动通过碳发泡体706(如由箭头708b所指示)。当流动通过碳发泡体706时，并且如由箭头708c所指示，正电极708可以将至少一些电解质朝向负电极710芯吸(例如，逆着重力方向)，在该处，电解质中的离子可以由流动通过负电极710的电子(例如，来自负电极710处的H₂气体的分解)还原。在流动通过碳发泡体706之后，并且如由箭头708d所指示，电解质可流动通过一个或多个电解质出口通路716，电解质可以从这里经由电解质出口端口(例如，图2A和2B的电解质出口端口208)从再平衡单元排出。

如图7B进一步所示，电极组件702可以相对于重力方向倾斜，以便经由重力给料引起电解质沿y轴流动通过该电极组件。因此，在一些示例中，z轴可以与与重力方向相反的竖直方向对齐或以0°至30°的角度偏离，使得y轴可以不与轴g正交。

现在参考图8A至8D，图8A、8B、8C和8D中分别示出了透视图800、825和850和横截面图875，分别示出了描绘用于氧化还原液流电池系统的再平衡单元的示例性电极组件802的流场板826的透视图800、825和850和横截面图875中的每一者。如图所示，流场板826可以一体地形成在电极组件802的板804中，流场板826被配置为使H₂气体对流通过其通路。在一些实施例中，可以在再平衡单元202中实现电极组件802的堆叠来代替电极组件堆叠402的电极组件302(见图2A至4B、6A和6B)。因此，氧化还原液流电池系统可以是图1的氧化还原液流电池系统10。提供一组参考轴801用于描述所示部件的相对定位且用于图8A-8D的各视图之间的比较，轴801指示x轴、y轴和z轴。

如图8A的视图800所示，流场板826可以形成在板804中，邻近板804的电解质出口通道区段816，并且与板804的氢气入口通道区段818a和氢气出口通道区段818b中的每一者流体连通。流场板826可以包括多个入口通路852a，多个入口通路852a中的每一者流体耦合到氢气入口通道区段818a。流场板826还可以包括多个出口通路852b，多个出口通路852b中的每一者流体耦合到板804的氢气出口通道区段818b。如图进一步所示，多个入口通路852a可以与多个出口通路852b叉指式相交，多个入口通路852a和多个出口通路852b中的每个通路通过通路壁856与至少一个邻近通路中的每一者分隔。以此方式，流场板826可以视为被配置为叉指式流场配置(然而，应了解，流场板826可以被配置为替代流场配置，诸如部分叉指式流场配置或蛇形流场配置)。多个入口通路852a可以沿着x轴的正方向延伸，而多个出口通路852b可以沿着x轴的负方向延伸，多个入口通路852a和多个出口通路852b中的每个通路在端壁854处终止。

如图8D的横截面图875所示，多个入口通路852a和多个出口通路852b中的每个通路可以具有均匀高度858和均匀厚度860。另外或替代地，每个通路壁856可以具有高度858和均匀厚度862。在一些示例中，高度858可以在1mm和5mm之间，厚度860可以在1mm和5mm之间，并且厚度862可以在1mm和4mm之间。然而，应了解，通路和通路壁可以采用不均匀尺寸，使得各个通路可以具有不同的高度和/或厚度，各个通路壁可以具有不同的高度和/或厚度等。

在示例性实施例中，流场板826可以一体地形成在电极组件802中，相对于z轴与板804的表面868相对，表面868包括其上的碳发泡体、正电极和负电极的依次堆叠(图8A至8D处未示出)。电极组件802还可以包括在具有类似配置的电极组件802的堆叠中。给定电极组件802可以与其他电极组件802对齐，使得给定电极组件802的流场板826可以与邻近电极组件802的负电极共面接触，并且使得电极组件802的堆叠的氢气入口通道区段818a可以形成流体耦合到电极组件802的堆叠的每个流场板826的多个入口通路852a的连续氢气入口通道(图8A至8D处未示出)。因此，当H₂气体流动通过氢气入口通道时，给定电极组件802的流场板826的多个入口通路852a可以使H₂气体强制对流通过其中并且跨过邻近电极组件802的负电极。此外，电极组件802的堆叠的氢气出口通道区段818b可以形成流体耦合到电极组件802的堆叠的每个流场板826的多个出口通路852b的连续氢气出口通道(图8A至8D处未示出)。

如图8D的横截面图875进一步所示，板804还可以包括一个或多个特征，以辅助跨表面868并且通过定位在表面868上的碳发泡体(图8D处未示出)分配电解质。举例来说，板804可以包括电解质入口凹槽812，可以当电解质流向电极组件802[例如，经由电解质入口通道(图8D处未示出)]时在该凹槽中收集电解质。作为另一示例，板804可以包括崖径814b，可以靠着该崖径收集电解质，崖径814b平行于x轴延伸。崖径814b可以包括设置在其中并且跨其分配的多个电解质入口通路(未示出)，以允许电解质沿y轴的正方向流动通过崖径814b。作为另一示例，板804可以包括电解质槽864，其可以收集和分配从电解质入口凹槽812经由多个电解质入口通路流动通过崖径814b的电解质。为了进一步辅助电解质流动，板804可以相对于重力方向倾斜，使得电解质可以沿y轴的正方向并且通过多个电解质入口通路重力给料。因此，在一些示例中，z轴可以以与重力方向相反的竖直方向对齐或以0°至30°的角度偏离。以此方式，来自电解质入口凹槽812的电解质可以基本上均匀地跨表面868分配(例如，通过电极组件802的碳发泡体)。

在额外或替代示例中，图3至4B、6A和6B的碳发泡体306，或者图7A和7B的碳发泡体706，可以用流场配置与流场板826基本上类似的流场板替换。在一个此类示例中，替换碳发泡体306或碳发泡体706的流场板的流场配置可以相对于x和y在与流场板826的流场配置相同的方向上定向。在另一此类示例中，替换碳发泡体306或碳发泡体706的流场板的流场配置可以相对于x轴和y轴在与流场板826的流场配置不同的方向上(例如，成90°角、180°角或270°角)定向。

现在参考图9A和9B，其分别示出了透视图900和950，透视图900和950中的每一者描绘再平衡单元202的倾斜支撑件220。如图所示，倾斜支撑件220的上表面902可以与倾斜支撑件220的下表面904、后脚906和前脚908中的每一者平行或以角度222偏移。在一个示例中，角度222的范围可以从0°到30°。因此，后脚906与上表面902之间的高度910和前脚908与上表面902之间的高度912可以相同，或者可以不同，具体取决于角度222。举例来说，当角度222为0°时，高度910可以等于高度912。作为另一示例，并且如图所示，当角度222大于0°时，高度910可以大于高度912。

在一些示例中，倾斜支撑件220可以由相对轻质的材料形成。例如，倾斜支撑件220可以由具有相对高的强度重量比和冲击强度以及相对低的摩擦的非腐蚀性材料形成。在一个示例中，倾斜支撑件220可以由高密度聚乙烯(HDPE)形成。

在一些示例中，倾斜支撑件220可以是可调节的，其中可以调节角度222以相对于重力方向调平再平衡单元的单元外壳(图9A和9B处未示出)。在一个示例中，倾斜支撑件220可以可拆卸地耦合(例如，可拆卸地紧固)到单元外壳，使得可以用其他支撑件替代以增大或减小角度222。在额外或替代示例中，调节机构(例如，铰链、可逆锁定元件等；图9A和9B处未示出)可以包括在倾斜支撑件220中，以根据给定应用的期望调节角度222。

现在参考图10，其示出了描绘示例性再平衡单元中Fe³⁺还原速率作为Fe³⁺还原总量的函数的示例图1000。再平衡单元中的每一者独立地包括在类似配置的全铁混合式氧化还原液流电池系统中。如图1000所示，横坐标表示还原的Fe³⁺的总浓度(单位为mol/m²)，纵坐标表示Fe³⁺还原速率(单位为mol/m²hr)。

如图1000进一步所示，曲线1002、1004和1006表示各种再平衡单元的Fe³⁺还原速率。具体地，曲线1002表示典型极芯再平衡反应器的平均Fe³⁺还原速率，曲线1004表示第一示例性再平衡单元的平均Fe³⁺还原速率，并且曲线1006表示第二示例性再平衡单元的平均Fe³⁺还原速率。第一示例性再平衡单元和第二示例性再平衡单元中的每一者包括内部短接电极组件堆叠，H₂气体经由对流流动通过该电极组件，并且电解质经由重力给料和毛细管作用流动通过该电极组件。第一示例性再平衡单元和第二示例性再平衡单元的内部短接电极组件中的每一者可以包括碳发泡体、正电极和负电极的依次堆叠。然而，第一示例性再平衡单元的负电极包括Nafion^TM粘合剂，而第二示例性再平衡单元的负电极包括PTFE粘合剂。

无论第一示例性再平衡单元和第二示例性再平衡单元的负电极中包括哪种粘合剂，与典型极芯再平衡反应器相比[其展现出小于5mol/m²hr的平均Fe³⁺还原速率(如由曲线1002所指示)]，两者展现出显著更快的Fe³⁺还原速率。对于第一示例性再平衡单元，平均Fe^{3 +}还原速率可以最初为～60mol/m²hr(如由曲线1004所指示)，并且对于第二示例性再平衡单元，Fe³⁺还原速率可以保持在或高于50mol/m²hr(如由曲线1006所指示)。然而，第一示例性再平衡单元的平均Fe³还原速率在延长使用期间可能恶化(如通过Fe³⁺的还原总量测量的)。例如，在约3000mol/m²的Fe³⁺总还原量之后，第一示例性再平衡单元的平均Fe³⁺还原速率可能恶化至小于20mol/m²hr(如由曲线1004所指示)。然而，超过16000mol/m²的Fe³⁺总还原量后，第二示例性再平衡单元显示出保持Fe³⁺还原性能。以此方式，当在制造用于再平衡单元的负电极时采用PTFE粘合剂代替Nafion^TM粘合剂，可以实现更高的单元耐用性，使得在再平衡单元的长期操作中可以实现更高的Fe³⁺还原速率。不希望受理论束缚，此类耐用性差异可以归因于较低的盐积聚(其可防止H₂气体到达示例性再平衡单元中的负电极的催化表面)、负电极的催化表面的氯化物中毒，以及/或负电极孔隙中的水积聚。

现在参考图11，其示出了用于操作包括内部短接电极组件堆叠的再平衡单元的方法1100(例如，其中不引导流动通过内部短接电极组件堆叠的电流通过外部负载)的流程图。具体地，再平衡单元可以在氧化还原液流电池系统中实现，用于减少多余的H₂气体并且再平衡其中电解质中的电荷不平衡。在示例性实施例中，氧化还原液流电池系统可为图1的氧化还原液流电池系统10且再平衡电池单元可为图2A和2B的再平衡电池单元202。因此，可以单独地参考图1至2B的实施例或结合图3至9B的实施例和考虑因素来考虑方法1100(但可理解，类似方法可以在不脱离本公开的范围的情况下适用于其他系统)。例如，关于方法1100，至少一些步骤或部分步骤(例如，涉及接收H₂气体和电解质以在再平衡单元处分配)可以经由图1的控制器88来执行，并且可以作为可执行指令存储在通信耦合到控制器88的非暂时性存储介质(例如，存储器)处。参考图11描述的另外部件可以是图1至9B的对应部件的示例。

在1102处，方法1100包括在再平衡单元处经由其相应入口端口接收H₂气体和电解质。可以在再平衡单元处经由第一入口端口接收电解质，并且可以在再平衡单元处经由第二入口端口接收H₂气体。在一个示例中，第一入口端口相对于重力方向定位在第二入口端口上方。

在1104处，方法1100包括在整个内部短接电极组件堆叠中分配H₂气体和电解质。具体地，电解质可以经由入口歧管分配，该入口歧管包括分别耦合到内部短接电极组件堆叠的电极组件的多个第一入口通道，并且H₂气体可以经由第二入口通道分配，该第二入口通道由内部短接电极组件堆叠形成并且流体耦合到内部短接电极组件堆叠的每个电极组件。在一些示例中，在经由入口歧管分配之后，电解质可以通过分别与内部短接电极组件堆叠的正电极界面连接的第一流场板分配。在其他示例中，在经由入口歧管分配之后，电解质可以通过分别与正电极界面连接的活性碳发泡体分配。在一些示例中，在经由第二入口通道分配之后，H₂气体可以通过分别与内部短接电极组件堆叠的负电极界面连接的第二流场板分配。

在1106处，方法1100包括引起H₂气体和电解质的流动(例如，横向、平行或相反流动)，以在内部短接电极组件堆叠的负电极和正电极处进行电解质再平衡反应。负电极和正电极可以以负电极和正电极界面连接对的形式分配在内部短接电极组件堆叠中。如上文所讨论，负电极和正电极界面连接对中的每个正电极还可以与相应活性碳发泡体或相应第一流场板界面连接。在一个示例中，负电极可以是其上涂覆有Pt催化剂的导电碳基底，并且正电极可以是碳毡。在一些示例中，引起H₂气体和电解质的流动可以包括：(i)在1108处，经由对流(例如，经由与内部短接电极组件堆叠的负电极界面连接的第二流场板的强制对流)引起H₂气体流动跨过内部短接电极组件堆叠的负电极；并且(ii)在1110处，经由重力给料(例如，通过相对于重力方向倾斜再平衡单元)、毛细管作用(例如，将电解质芯吸到内部短接电极组件堆叠的正电极中)和对流(例如，经由与内部短接电极组件堆叠的正电极界面连接的第一流场板的强制对流)中的一者或多者引起电解质流动跨过内部短接电极组件堆叠的正电极。在一个示例中，可以通过对流引起H₂气体流动跨过负电极，并且可以通过重力给料和毛细管作用中的每一者引起电解质流动跨过正电极。当H₂气体和电解质流动跨过内部短接电极组件堆叠的负电极和正电极时，可以进行电解质再平衡反应，包括，在1112处，使H₂气体与电解质中的正离子发生反应以还原该正离子(见方程式(4))。

在1114处，方法1100包括经由其出口端口从再平衡单元排出电解质(使还原的正离子具有，例如，比在1102处在第一入口端口处被接收时更低浓度的Fe³⁺)和任何未反应的H₂气体。具体地，在1116处，电解质可以经由第一出口端口从再平衡单元排出，并且在一些示例中，在1118处，未反应的H₂气体可经由第二出口端口从再平衡单元排出。然而，在其他示例中，再平衡单元可以包括用于使H₂气体流动的死端配置并且可以不包括第二出口端口。在任一种情况下，至少一些未反应的H₂气体可以流动通过内部短接电极组件堆叠的负电极并且流到电解质中。因此，从再平衡单元排出未反应的H₂气体可以包括，在1120处，经由泄压出口端口排出电解质中的未反应的H₂气体(例如，以防止压力在电解质中积聚以及内部短接电极组件堆叠的负电极溢流)。

以此方式，为氧化还原液流电池提供了包括内部短接电极组件堆叠的再平衡单元。具体地，来自氧化还原液流电池的H₂气体流和电荷不平衡电解质流可以被提供至再平衡单元并且引起跨内部短接电极组件堆叠的负电极和正电极的流到。在一些示例中，H₂气体可以经由流场板对流动跨过负电极。在额外或替代示例中，电荷不平衡电解质可以通过内部短接电极组件堆叠重力给料和/或对流并且被芯吸到其中的正电极中。负电极和正电极可以是导电的并且彼此共面接触，使得不会引导电流离开再平衡单元(例如，通过外部负载)。此外，由于内部短接电极组件堆叠中的每个电极组件是内部短接的并且与内部短接电极组件堆叠中的每个其他电极组件电解耦，因此当一个电极组件劣化(例如，经历电流中的尖峰)时，可以防止反向电流流动跨过整个内部短接电极组件堆叠。令人惊讶的是，此类内部电气短接增加了电解质再平衡速率，而不牺牲再平衡单元的整体可靠性。

在一个示例中，一种用于氧化还原液流电池的再平衡单元，该再平衡单元包括：单元外壳；氢气入口端口，H₂气体通过其流到该单元外壳中；电解质入口端口，电解质通过其流到该单元外壳中；电解质出口端口，该电解质通过其从该单元外壳排出；电极组件堆叠，其由该单元外壳封闭，该电极组件堆叠的每个电极组件包括与流场板共面接触的负电极；以及倾斜支撑件，其耦合到该单元外壳。该再平衡单元的第一示例进一步包括其中该电解质出口端口相对于重力方向定位得低于该电解质入口端口。该再平衡单元的第二示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例)进一步包括泄压出口端口，用于从该电解质中排出未反应的H₂气体。该再平衡单元的第三示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例和该第二示例中的一者或多者)，其中该未反应的H₂气体仅在流动通过该电极组件堆叠的该负电极到该电解质中并且通过该泄压出口端口之后才从该单元外壳排出。该再平衡单元的第四示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第三示例中的一者或多者)进一步包括氢气出口端口，未反应的H₂气体通过该氢气出口端口从该单元外壳排出。该再平衡单元的第五示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第四示例中的一者或多者)进一步包括其中该氢气入口端口、该氢气出口端口、该电解质入口端口和该电解质出口端口以横向配置定位在该单元外壳上，该横向配置包括：该氢气出口端口和该电解质入口端口定位在该单元外壳的上半部的不同侧上，以及该氢气入口端口和该电解质出口端口定位在该单元外壳的下半部的不同侧上。该再平衡单元的第六示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第五示例中的一者或多者)进一步包括其中该H₂气体从该氢气入口端口引导至分别由与该电极组件堆叠的该负电极共面接触的该流场板形成的一个或多个氢气入口通路。该再平衡单元的第七示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第六示例中的一者或多者)进一步包括其中该电极组件堆叠中的每个电极组件是内部短接的，并且没有电流被引导离开该再平衡单元。该再平衡单元的第八示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第七示例中的一者或多者)进一步包括其中该倾斜支撑件使该单元外壳相对于该倾斜支撑件搁置在其上的外表面以在2°和30°之间的角度倾斜。该再平衡单元的第九示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第八示例中的一者或多者)进一步包括其中该电极组件堆叠中的每个负电极由其上涂覆有催化剂的导电碳基底形成，其中该催化剂包括：贵金属催化剂，其包括Pd、Rh、Ru、Ir、Ta或它们的合金；或非贵金属催化剂，其在铁溶液中是稳定的。该再平衡单元的第十示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第九示例中的一者或多者)进一步包括其中与该电极组件堆叠中的该负电极共面接触的该流场板被配置为叉指式流场配置、部分叉指式流场配置、蛇形流场配置或它们的组合。该再平衡单元的第十一示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第十示例中的一者或多者)进一步包括其中该电极组件堆叠中的每个负电极还与由芯吸导电碳毡形成的正电极共面接触，该芯吸导电碳毡可选地与碳发泡体共面接触。该再平衡单元的第十二示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第十一示例中的一者或多者)进一步包括其中引导该电解质从该电解质入口端口通过该电极组件堆叠的该碳发泡体到该电解质出口端口。该再平衡单元的第十三示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第十二示例中的一者或多者)进一步包括其中该电极组件堆叠中的每个电极组件进一步包括邻近该碳发泡体定位的多个电解质入口通路，用于将在该电解质入口端口处接收的该电解质跨该碳发泡体分配。

在另一示例中，一种氧化还原液流电池系统，包括：正电极隔室和负电极隔室，其分别容纳氧化还原电极和电镀电极；正极电解质腔室和负极电解质腔室，其分别包括用于泵送至该正电极隔室的正极电解质和用于泵送至该负电极隔室的负极电解质，其中该正极电解质腔室和该负极电解质腔室进一步包括各自的气体顶部空间；第一再平衡单元，其用于该正极电解质的电解质再平衡，该第一再平衡单元流体耦合到该正电极隔室和该正极电解质腔室的该气体顶部空间，其中该正极电解质的该电解质再平衡是经由该第一再平衡单元的正电极和负电极的界面连接对的内部电气短接来驱动的，H₂气体经由第一流场配置对流通过该第一再平衡单元，并且该正极电解质经由重力给料和毛细管作用引导通过该第一再平衡单元。该氧化还原液流电池系统的第一示例进一步包括其中该H₂气体从该正极电解质腔室的该气体顶部空间流到该第一再平衡单元中，并且该正极电解质从该正电极隔室流到该第一再平衡单元中。该氧化还原液流电池系统的第二示例(可选地包括该氧化还原液流电池系统的该第一示例)进一步包括其中，对于该第一再平衡单元的该界面连接对中的每一者，该正电极和该负电极是彼此共面接触的并且是连续导电的。该氧化还原液流电池系统的第三示例(可选地包括该氧化还原液流电池系统的该第一示例和该第二示例中的一者或多个者)进一步包括其中该氧化还原液流电池系统是全铁混合式氧化还原液流电池系统，并且其中该正极电解质的该电解质再平衡包括将该正极电解质中的Fe³⁺还原为Fe²⁺。该氧化还原液流电池系统的第四示例(可选地包括该氧化还原液流电池系统的该第一示例至该第三示例中的一者或多者)进一步包括用于该负极电解质的电解质再平衡的第二再平衡单元，该第二再平衡单元流体耦合到该负电极隔室和该负极电解质腔室的该气体顶部空间，其中该负极电解质的该电解质再平衡是经由该第二再平衡单元的正电极和负电极的界面连接对的内部电气短接来驱动的，H₂气体经由第二流场配置对流通过该第二再平衡单元，并且该负极电解质经由重力给料和毛细管作用引导通过该第二再平衡单元。

在又一示例中，一种用于氧化还原液流电池系统的方法，该方法包括：在该氧化还原液流电池系统的再平衡单元的相应入口端口处接收H₂气体和电解质；在该再平衡单元的整个电极组件堆叠中分配该H₂气体和该电解质；并且经由对流引导该H₂气体流动跨过该电极组件堆叠的阳极；并且此后使该H₂气体与该电解质中的正离子反应，以还原该正离子；并且经由该再平衡单元的出口端口从该再平衡单元排出未反应的H₂气体和该电解质。该方法的第一示例进一步包括在使该H₂气体与该正离子反应之前，经由重力给料和毛细管作用引起该电解质流动跨过该电极组件堆叠的阴极。该方法的第二示例(可选地包括该方法的该第一示例)进一步包括其中该H₂气体经由在该电极组件堆叠的该阴极与该电极组件堆叠的该阳极的相应界面连接处的电解质再平衡反应与该正离子反应。该方法的第三示例(可选地包括该方法的该第一示例和该第二示例中的一者或多者)进一步包括其中不引导流动通过该电极组件堆叠的电流通过外部负载。

在又一示例中，一种用于氧化还原液流电池单元的电极组件堆叠，该电极组件堆叠包括：多个内部短接电极组件，该多个内部短接电极组件中的每一者包括：由芯吸碳毡形成的正电极；以及与该正电极共面接触的电解质流场板，其中该电解质流场板的通路流体耦合到该氧化还原液流电池。该电极组件堆叠的第一示例进一步包括其中该多个内部短接电极组件中的每一者进一步包括：氢气流场板，其中该氢气流场板的通路流体耦合到该氧化还原液流电池单元；以及负电极，其定位在该氢气流场板和该正电极之间，并与该氢气流场板和该正电极中的每一者共面接触，该负电极位于该正电极的与该电解质流场板相对的侧上。该电极组件堆叠的第二示例(可选地包括该电极组件堆叠的该第一示例)进一步包括其中该多个内部短接电极组件中的每一者的该电解质流场板的该通路流体耦合到该氧化还原液流电池单元的正电极隔室，可选地其中该多个内部短接电极组件中的每一者的该氢气流场板的该通路流体耦合到流体耦合到该氧化还原液流电池单元的正极电解质腔室的气体顶部空间。该电极组件堆叠的第三示例(可选地包括该电极组件堆叠的该第一示例和该第二示例中的一者或多者)进一步包括其中该多个内部短接电极组件中的每一者的该电解质流场板的该通路流体耦合到该氧化还原液流电池单元的负电极隔室，可选地其中该多个内部短接电极组件中的每一者的该氢气流场板的该通路流体耦合到流体耦合到该氧化还原液流电池单元的负极电解质腔室的气体顶部空间。该电极组件堆叠的第四示例(可选地包括该电极组件堆叠的该第一示例至该第三示例中的一者或多者)进一步包括其中该多个内部短接电极组件中的每一者的该电解质流场板的该通路形成通过该电极组件堆叠的电解质流动路径的至少一部分，可选地其中该多个内部短接电极组件中的每一者的该氢气流场板的该通路形成通过该电极组件堆叠的氢气流动路径的至少一部分。该电极组件堆叠的第四示例(可选地包括该电极组件堆叠的该第一示例至该第四示例中的一者或多者)进一步包括其中该电极组件堆叠相对于重力倾斜。

在又一示例中，一种用于氧化还原液流电池的再平衡单元，该再平衡单元包括：单元外壳；电解质入口端口，电解质通过其流到该单元外壳；电解质出口端口，该电解质通过其从该单元外壳排出；电极组件堆叠，其由该单元外壳封闭，该电极组件堆叠的每个电极组件包括由芯吸导电碳毡形成的正电极；以及倾斜支撑件，其耦合到该单元外壳，其中该倾斜支撑件使该单元外壳相对于该倾斜支撑件搁置在其上的外表面倾斜。该再平衡单元的第一示例进一步包括其中该电极组件堆叠的每个正电极与碳发泡体共面接触。该再平衡单元的第二示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例)进一步包括其中该电解质经由电解质入口歧管和该电极组件堆叠的该碳发泡体中的每一者，从该电解质入口端口引导至该电解质出口端口。该再平衡单元的第三示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例和该第二示例中的一者或多者)进一步包括其中该电极组件堆叠中的每个电极组件进一步包括邻近该碳发泡体定位的多个电解质入口通路，用于将在该电解质入口端口处接收的该电解质跨该碳发泡体分配。该再平衡单元的第四示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第三示例中的一者或多者)进一步包括其中该电极组件堆叠的每个正电极与流场板共面接触。该再平衡单元的第五示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第四示例中的一者或多者)进一步包括其中该电解质经由电解质入口歧管和与该电极组件堆叠的该正电极共面接触的该流场板中的每一者，从该电解质入口端口引导至该电解质出口端口。该再平衡单元的第六示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第五示例中的一者或多者)进一步包括其中与该电极组件堆叠中的该正电极共面接触的该流场板被配置为叉指式流场配置、部分叉指式流场配置、蛇形流场配置或它们的组合。该再平衡单元的第七示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第六示例中的一者或多者)进一步包括其中该电极组件堆叠的每个正电极与负电极共面接触，并且其中该电极组件堆叠的每个电极组件内的该正电极和该负电极是连续导电的。该再平衡单元的第八示例(可选地包括该再平衡单元的该第一示例至该第七示例中的一者或多者)进一步包括其中该倾斜支撑件使该单元外壳相对于该倾斜支撑件搁置在其上的该外表面以在2°和30°之间的角度倾斜。

在又一示例中，一种用于氧化还原液流电池系统的方法，该方法包括：在该氧化还原液流电池系统的再平衡单元的入口端口处接收电解质；在该再平衡单元的整个电极组件堆叠中分配该电解质；经由重力给料、毛细管作用和对流中的一者或多者引起该电解质流动跨过该电极组件堆叠的阴极；经由在该电极组件堆叠的该阴极与该电极组件堆叠的阳极的各自界面连接处的电解质再平衡反应，还原该电解质中的正离子；并且经由该再平衡单元的出口端口将该电解质从该再平衡单元排出。该方法的第一示例进一步包括其中该电极组件堆叠的每个阴极与活性碳发泡体界面连接，并且其中将该电解质分配到整个电极组件堆叠中包括通过分别与该电极组件堆叠的该阴极界面连接的所述活性碳发泡体分配该电解质。该方法的第二示例(可选地包括该方法的该第一示例)进一步包括其中该电极组件堆叠的每个阴极与流场板界面连接，其中将该电解质分配到整个电极组件堆叠中包括通过分别与该电极组件堆叠的该阴极界面连接的该流场板分配该电解质，并且其中至少经由由该流场板强制的对流来引起该电解质的该流动。该方法的第三示例(可选地包括该方法的该第一示例和该第二示例中的一者或多者)进一步包括其中该电极组件堆叠的每个阴极是碳毡，其中至少经由该碳毡的毛细管作用来引起该电解质的该流动。该方法的第四示例(可选地包括该方法的该第一示例至该第三示例中的一者或多者)进一步包括其中该再平衡单元相对于该再平衡单元搁置在其上的表面倾斜，并且其中至少经由重力给料来引起该电解质的该流动。该方法的第五示例(可选地包括该方法的该第一示例至该第四示例中的一者或多者)进一步包括其中该电解质在该入口端口处被接收时比经由该出口端口被排出时具有更高的Fe³⁺浓度。

图2A至4B和6A至9B示出了具有各个部件的相对定位的示例配置。如果示出为彼此直接接触或直接耦合，那么至少在一个示例中，此类元件可分别被称为直接接触的或直接耦合的。类似地，示出为彼此邻接或邻近的元件可至少在一个示例中分别为彼此邻接或邻近的。举例来说，以彼此进行共面接触布置的部件可被称为进行共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，彼此间隔开定位且在其间仅具有空间而没有其它部件的元件可被如此提及。作为又一示例，示出为在彼此上方/下方、在彼此相对侧处或在彼此左侧/右侧的元件可相对于彼此被如此提及。另外，如图中所示，在至少一个示例中，最顶端元件或元件的部位可被称为部件“顶部”，而最底端元件或元件的部位可被称为部件“底部”。如本文中所使用，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于图的竖轴，并且用于描述图的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，示出为在其它元件上方的元件竖直地定位在其它元件上方。作为又一示例，在附图内描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如是环形的、直的、平面的、弯曲的、圆形的、倒角的、成角度的等)。另外，在至少一个示例中，示出为彼此相交的元件可被称为相交元件或彼此相交。又另外，在一个示例中，示出为在另一元件内或示出为在另一元件外的元件可被如此提及。图2A至4B和6A至9B是按比例近似绘制的，但是也可以使用其他尺寸或相对尺寸。

所附权利要求书具体地指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指代“一个”元件或“第一”元件或其等效物。此类权利要求应被理解为包含一个或更多个此类元件的并入，既不需要也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其它组合和子组合可通过本发明的权利要求的修正或通过在此申请或相关申请中的新权利要求的呈现来要求保护。此类权利要求，无论在范围上与原始权利要求相比是更广、更窄、等同还是不同，也被视为包含在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于氧化还原液流电池的再平衡单元，所述再平衡单元包括：

单元外壳；

氢气入口端口，H₂气体通过所述氢气入口端口流到所述单元外壳中；

电解质入口端口，电解质通过所述电解质入口端口流到所述单元外壳中；

电解质出口端口，所述电解质通过所述电解质出口端口从所述单元外壳排出；

电极组件堆叠，其由所述单元外壳封闭，所述电极组件堆叠中的每个电极组件包括与流场板共面接触的负电极；以及

倾斜支撑件，其耦合到所述单元外壳。

2.根据权利要求1所述的再平衡单元，其中所述电解质出口端口相对于重力方向定位得低于所述电解质入口端口。

3.根据前述权利要求中任一项所述的再平衡单元，其进一步包括泄压出口端口，用于从所述电解质中排出未反应的H₂气体。

4.根据权利要求3所述的再平衡单元，其中所述未反应的H₂气体仅在流动通过所述电极组件堆叠的所述负电极到所述电解质中并且通过所述泄压出口端口之后才从所述单元外壳排出。

5.根据前述权利要求中任一项所述的再平衡单元，其进一步包括氢气出口端口，未反应的H₂气体通过所述氢气出口端口从所述单元外壳排出。

6.根据权利要求5所述的再平衡单元，其中所述氢气入口端口、所述氢气出口端口、所述电解质入口端口和所述电解质出口端口以横向配置定位在所述单元外壳上，所述横向配置包括：所述氢气出口端口和所述电解质入口端口定位在所述单元外壳的上半部的不同侧上，以及所述氢气入口端口和所述电解质出口端口定位在所述单元外壳的下半部的不同侧上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的再平衡单元，其中所述H₂气体从所述氢气入口端口引导至分别由与所述电极组件堆叠的所述负电极共面接触的所述流场板形成的一个或多个氢气入口通路。

8.根据前述权利要求中任一项所述的再平衡单元，其中所述电极组件堆叠中的每个电极组件是内部短接的，并且没有电流被引导离开所述再平衡单元。

9.根据前述权利要求中任一项所述的再平衡单元，其中所述倾斜支撑件使所述单元外壳相对于所述倾斜支撑件搁置在其上的外表面以在2°和30°之间的角度倾斜。

10.根据前述权利要求中任一项所述的再平衡单元，其中所述电极组件堆叠中的每个负电极由其上涂覆有催化剂的导电碳基底形成，其中所述催化剂包括：

贵金属催化剂，其包括Pd、Rh、Ru、Ir、Ta或它们的合金；或

非贵金属催化剂，其在铁溶液中是稳定的。

11.根据前述权利要求中任一项所述的再平衡单元，其中与所述电极组件堆叠中的所述负电极共面接触的所述流场板被配置为叉指式流场配置、部分叉指式流场配置、蛇形流场配置或它们的组合。

12.根据前述权利要求中任一项所述的再平衡单元，其中所述电极组件堆叠中的每个负电极进一步与由芯吸导电碳毡形成的正电极共面接触。

13.一种氧化还原液流电池系统，其包括：

正电极隔室和负电极隔室，其分别容纳氧化还原电极和电镀电极；

正极电解质腔室和负极电解质腔室，其分别包括用于泵送至所述正电极隔室的正极电解质和用于泵送至所述负电极隔室的负极电解质，其中所述正极电解质腔室和所述负极电解质腔室进一步包括各自的气体顶部空间；以及

第一再平衡单元，其用于所述正极电解质的电解质再平衡，所述第一再平衡单元流体耦合到所述正电极隔室和所述正极电解质腔室的气体顶部空间，

其中所述正极电解质的所述电解质再平衡是经由所述第一再平衡单元的正电极和负电极的界面连接对的内部电气短接来驱动的，H2气体经由第一流场配置对流通过所述第一再平衡单元，并且所述正极电解质经由重力给料和毛细管作用引导通过所述第一再平衡单元。

14.根据权利要求13所述的氧化还原液流电池系统，其中所述H₂气体从所述正极电解质腔室的所述气体顶部空间流到所述第一再平衡单元中，并且所述正极电解质从所述正电极隔室流到所述第一再平衡单元中。

15.根据权利要求13和14中任一项所述的氧化还原液流电池系统，其中，对于所述第一再平衡单元的所述界面连接对中的每一者，所述正电极和所述负电极是彼此共面接触的并且是连续导电的。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的氧化还原液流电池系统，其中所述氧化还原液流电池系统是全铁混合式氧化还原液流电池系统，并且

其中所述正极电解质的所述电解质再平衡包括将所述正极电解质中的Fe³⁺还原为Fe²⁺。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的氧化还原液流电池系统，其进一步包括用于所述负极电解质的电解质再平衡的第二再平衡单元，所述第二再平衡单元流体耦合到所述负电极隔室和所述负极电解质腔室的所述气体顶部空间,

其中所述负极电解质的所述电解质再平衡是经由所述第二再平衡单元的正电极和负电极的界面连接对的内部电气短接来驱动的，H2气体经由第二流场配置对流通过所述第二再平衡单元，并且所述负极电解质经由重力给料和毛细管作用引导通过所述第二再平衡单元。

18.一种用于氧化还原液流电池系统的方法，所述方法包括：

在所述氧化还原液流电池系统的再平衡单元的相应入口端口处接收H₂气体和电解质；

在所述再平衡单元的整个电极组件堆叠中分配所述H₂气体和所述电解质；并且

经由对流引起所述H₂气体流动跨过所述电极组件堆叠的阳极；并且此后

使所述H₂气体与所述电解质中的正离子反应，以还原所述正离子；并且

经由所述再平衡单元的出口端口从所述再平衡单元排出未反应的H₂气体和所述电解质。

19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括在使所述H₂气体与所述正离子反应之前，经由重力给料和毛细管作用引起所述电解质流动跨过所述电极组件堆叠的阴极。

20.根据权利要求18和19中任一项所述的方法，其中不引导流动通过所述电极组件堆叠的电流通过外部负载。