ES3057729T3 - Redox flow battery systems and methods of manufacture and operation - Google Patents

Redox flow battery systems and methods of manufacture and operation

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ES3057729T3 ES20810461T ES20810461T ES3057729T3 ES 3057729 T3 ES3057729 T3 ES 3057729T3 ES 20810461 T ES20810461 T ES 20810461T ES 20810461 T ES20810461 T ES 20810461T ES 3057729 T3 ES3057729 T3 ES 3057729T3
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Kui Wei
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Cougar Creek Tech LLC
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Abstract

Un sistema incluye una batería de flujo redox que incluye un anolito, un catolito, una primera semicelda con un primer electrodo en contacto con el anolito, una segunda semicelda con un segundo electrodo en contacto con el catolito y un primer separador que separa la primera semicelda de la segunda. El sistema también incluye un dispositivo de equilibrio que incluye un electrolito de equilibrio con iones de vanadio en solución, una tercera semicelda con un tercer electrodo en contacto con el anolito o el catolito, una cuarta semicelda con un cuarto electrodo en contacto con el electrolito de equilibrio y un reductor en el electrolito de equilibrio o introducible en el electrolito de equilibrio para reducir los iones de dioxovanadio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación redox y métodos de fabricación y operación SOLICITUDES DE PATENTE RELACIONADAS
[0003] La presente solicitud de patente reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de EE. UU. con N.º de Serie 62/849,959, presentada el 20 de mayo de 2019 y es una continuación parcial de cada una de las Solicitudes de Patente de EE. UU. con Nos. de Serie 16/824,027; 16/824,073, 16/824,119; 16/824,144; 16/824,159; y 16/824,195, todas las cuales se presentaron el 19 de marzo de 2020 y cada una de las cuales también reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de EE. UU. con N.º de Serie 62/849,959, presentada el 20 de mayo de 2019.
[0004] CAMPO DE LA INVENCIÓN
[0005] La presente invención está dirigida al área de sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) y métodos de fabricación y operación de sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox). La presente invención también está dirigida a sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) de hierro-cromo (Fe-Cr) y a métodos para fabricar y utilizar sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) de Fe-Cr.
[0006] ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
[0007] El coste de la generación de energía renovable se ha reducido rápidamente en la última década y continúa disminuyendo a medida que se implementan más elementos de generación de energía renovable, como paneles solares. Sin embargo, las fuentes de energía renovables, como la solar, la hidroeléctrica y la eólica, suelen ser intermitentes y el patrón de carga de usuarios no suele coincidir con la naturaleza intermitente de las fuentes. Existe la necesidad de un sistema de almacenamiento de energía asequible y confiable para almacenar la energía generada por fuentes de energía renovables cuando estén disponibles y para proporcionar energía a los usuarios cuando no haya suficiente generación de energía procedente de fuentes de energía renovables.
[0008] La publicación de solicitud de patente estadounidense N.º 2011/0086247, de Keshavarz et al., divulga un sistema de reequilibrio de celdas de reducción-oxidación (redox). En algunas realizaciones, el sistema de reequilibrio incluye una celda electroquímica y una celda fotoquímica. En algunas realizaciones, la celda fotoquímica contiene una fuente de radiación ultravioleta para producir HCl a partir del y el generados por el sistema. El HCl resultante puede recolectarse o recircularse a través del sistema para el reequilibrio de los electrolitos. También se proporciona una celda de reequilibrio para uso en un sistema de reequilibrio. En algunas realizaciones, la celda de reequilibrio es una combinación de una celda electroquímica y una celda fotoquímica. En algunas realizaciones, una fuente de radiación ultravioleta se aloja en el compartimento del cátodo de la celda de reequilibrio. En algunas realizaciones, la fuente de radiación ultravioleta se utiliza para efectuar la formación de HCl a partir del y el presentes en la celda de reequilibrio. El HCl se disuelve en electrolitos acuosos contenidos en la celda de reequilibrio, que posteriormente pueden circular a través de un sistema de reequilibrio para el reequilibrio de las celdas de reducciónoxidación (redox).
[0009] La publicación de solicitud de patente estadounidense N.º 2013/0095362, de Deeya Energy, Inc., divulga un sistema de batería de celda de flujo con química de vanadio. Se divulgan métodos para la formación del electrolito, una formulación para el electrolito y un sistema de flujo que utiliza el electrolito. La producción de electrolitos puede incluir una combinación de reducción química y reducción electroquímica.
[0010] BREVE RESUMEN
[0011] La invención comprende un sistema que incluye un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) que incluye un anolito que comprende un compuesto que contiene cromo disuelto en disolvente, un catolito que comprende un compuesto que contiene hierro disuelto en disolvente, una primera semicelda que tiene un primer electrodo en contacto con el anolito, una segunda semicelda que tiene un segundo electrodo en contacto con el catolito, y un primer separador que separa la primera semicelda de la segunda semicelda. El sistema también incluye un dispositivo de equilibrio que incluye un electrolito de equilibrio que tiene iones de vanadio en solución, una tercera semicelda que tiene un tercer electrodo en contacto con el anolito o el catolito, una cuarta semicelda que tiene un cuarto electrodo en contacto con el electrolito de equilibrio y un reductor en el electrolito de equilibrio o introducible en el electrolito de equilibrio para reducir los iones de dioxovanadio.
[0012] En al menos algunas realizaciones, el sistema incluye además un segundo separador que separa la tercera semicelda de la cuarta semicelda. En al menos algunas realizaciones, el sistema incluye además una fuente de potencial acoplada o acoplable al tercer y cuarto electrodo para proporcionar un potencial entre el tercer y cuarto electrodo.
[0013] En al menos algunas realizaciones, el sistema incluye además un electrolito intermedio que tiene cualquier combinación de a) iones y o b) iones y ; una quinta semicelda que tiene un quinto electrodo en contacto con el electrolito intermedio, un segundo separador entre la tercera semicelda y la quinta semicelda, una sexta semicelda que tiene un sexto electrodo en contacto con el electrolito intermedio, y un tercer separador entre la cuarta semicelda y la sexta semicelda. En al menos algunas realizaciones, el sistema incluye además al menos una fuente de potencial acoplada o acoplable a a) el tercer y quinto electrodo para proporcionar un potencial entre el tercer y quinto electrodo y b) a) el cuarto y sexto electrodo para proporcionar un potencial entre el cuarto y sexto electrodo.
[0014] En al menos algunas realizaciones, la tercera semicelda está en contacto con el catolito. En al menos algunas realizaciones, el reductor incluye un compuesto orgánico. En al menos algunas realizaciones, incluye un azúcar, ácido carboxílico, aldehído o alcohol. En al menos algunas realizaciones, el reductor incluye gas hidrógeno. En al menos algunas realizaciones, el reductor incluye fructosa, glucosa o sacarosa.
[0015] En al menos algunas realizaciones, el sistema está configurado para operar el dispositivo de equilibrio de manera continua durante el funcionamiento del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, el sistema está configurado para operar el dispositivo de equilibrio de manera intermitente o periódica durante el funcionamiento del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0016] En al menos algunas realizaciones, el sistema está configurado para operar el dispositivo de equilibrio independientemente del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, el dispositivo de equilibrio y el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) están integrados y utilizan al menos un componente común.
[0017] Según la invención, el anolito tiene iones de cromo en solución. Según la invención, el catolito tiene iones de hierro en solución.
[0018] Otra realización es un método de funcionamiento de cualquiera de los sistemas descritos anteriormente. El método incluye oxidar los iones de vanadio en el electrolito de equilibrio a iones de dioxovanadio para producir iones de hidrógeno; y regenerar los iones de vanadio mediante la reducción de los iones de dioxovanadio utilizando el reductor.
[0019] En al menos algunas realizaciones, la regeneración de los iones de vanadio incluye añadir el reductor a un tanque de equilibrio del dispositivo de equilibrio, en donde el tanque de equilibrio contiene una porción del electrolito de equilibrio. En al menos algunas realizaciones, la regeneración de los iones de vanadio incluye añadir el reductor de manera intermitente, periódica o continua al electrolito de equilibrio.
[0020] En al menos algunas realizaciones, la regeneración de los iones de vanadio incluye eliminar al menos una porción del electrolito de equilibrio del dispositivo de equilibrio; introducir el reductor en la porción eliminada del electrolito de equilibrio; y devolver la porción eliminada del electrolito de equilibrio al dispositivo de equilibrio.
[0021] Una realización es un método para determinar una capacidad de almacenamiento o un estado de oxidación promedio (AOS) de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) que incluye un anolito y un catolito. El método incluye descargar una porción del anolito y catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) a una tasa de descarga que está dentro del 10 % de una tasa de descarga preseleccionada; después descargar la porción del anolito y catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), determinar un OCV final; y determinar la capacidad de almacenamiento o AOS a partir del OCV final.
[0022] En al menos algunas realizaciones, determinar la capacidad de almacenamiento o AOS incluye determinar la capacidad de almacenamiento o AOS a partir de una curva OCV predeterminada, una tabla de consulta, una tabla de calibración o una relación matemática que relaciona el OCV final con la capacidad de almacenamiento o AOS bajo la tasa de descarga preseleccionada. En al menos algunas realizaciones, la descarga incluye descargar la porción del anolito y catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) hasta que no haya más del 10 % de iones en el anolito. En al menos algunas realizaciones, la descarga incluye la autodescarga del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0023] En al menos algunas realizaciones, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) incluye al menos dos semiceldas y al menos dos electrodos con cada uno de los electrodos asociado con una de las semiceldas. En al menos algunas realizaciones, la descarga incluye la descarga del anolito y del catolito en al menos dos de las semiceldas. En al menos algunas realizaciones, el método incluye además detener el flujo de al menos uno del anolito o catolito en el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) antes y durante la descarga. En al menos algunas realizaciones, las al menos dos de las semiceldas son parte de una pila de baterías del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, las al menos dos de las semiceldas no son parte de una pila de baterías del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). Otra realización es un método para determinar una capacidad de almacenamiento o un estado de oxidación promedio (AOS) de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) que incluye un catolito y un anolito que incluye hierro y cromo. El método incluye medir un voltaje de circuito abierto (OCV) del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox); realizar al menos uno de a) o b): a) medir una cantidad o concentración de una especie iónica de hierro en el catolito, o b) medir una cantidad o concentración de una especie iónica de cromo en el anolito; y determinar la capacidad de almacenamiento o AOS utilizando i) la cantidad o concentración medida de la especie iónica de hierro, la cantidad o concentración medida de la especie iónica de cromo, o las cantidades o concentraciones medidas de ambas especie iónica de hierro y especie iónica de cromo, ii) el OCV medido, y iii) una relación predeterminada entre la capacidad de almacenamiento o AOS y la cantidad o concentración de la especie iónica de hierro o la especie iónica de cromo en el catolito o anolito, respectivamente, en el OCV medido.
[0024] En al menos algunas realizaciones, determinar la capacidad de almacenamiento o AOS incluye determinar la capacidad de almacenamiento o AOS a partir de una curva OCV predeterminada, una tabla de consulta, una tabla de calibración o una relación matemática que relaciona el OCV con uno de los siguientes: una cantidad o concentración de la especie iónica de hierro en un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) equilibrado, una cantidad o concentración de la especie iónica de cromo en un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) equilibrado, o una cantidad o concentraciones tanto de la especie iónica de hierro como de la especie iónica de cromo en un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) equilibrado. En al menos algunas realizaciones, una relación molar de cromo en el anolito a hierro en el catolito es de al menos 1,25. En al menos algunas realizaciones, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) incluye al menos dos semiceldas y al menos dos electrodos con cada uno de los electrodos asociado con una de las semiceldas. En al menos algunas realizaciones, el método incluye además detener el flujo de al menos uno del anolito o catolito en el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) antes y durante la medición. En al menos algunas realizaciones, las dos semiceldas son parte de una pila de baterías del sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, las dos semiceldas no son parte de una pila de baterías del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0025] En al menos algunas realizaciones, el método incluye además reequilibrar el AOS en respuesta a la determinación. En al menos algunas realizaciones, el reequilibrio del AOS incluye la oxidación de iones de vanadio en un electrolito de equilibrio a iones de dioxovanadio para producir iones de hidrógeno, en donde el anolito o catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) forma un dispositivo de equilibrio con el electrolito de equilibrio utilizando al menos dos semiceldas; y la regeneración de los iones de vanadio mediante la reducción de los iones de dioxovanadio utilizando un reductor.
[0026] En al menos algunas realizaciones, medir la especie iónica de hierro o medir incluye reducir o , respectivamente, y oxidar iones de vanadio. En al menos algunas realizaciones, el método incluye además la regeneración de los iones de vanadio mediante la reducción de iones de dioxovanadio usando un reductor.
[0027] Una realización es un método para determinar un estado de oxidación promedio (AOS) de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). El método incluye medir una capacidad de carga para un período de carga de bajo potencial empezando a partir de un estado descargado del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) hasta un punto de inflexión de un voltaje de carga; y determinar el AOS utilizando la capacidad de carga medida y los volúmenes de anolito y catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0028] En al menos algunas realizaciones, el anolito y el catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) ambos incluyen iones de cromo y iones de hierro y la determinación del AOS incluye además la determinación del AOS utilizando concentraciones iniciales de iones de cromo y iones de hierro en el anolito y el catolito. En al menos algunas realizaciones, una relación molar de cromo en el anolito a hierro en el catolito es de al menos 1,25. En al menos algunas realizaciones, el período de carga de bajo potencial corresponde a un período de reducción de en el anolito.
[0029] En al menos algunas realizaciones, el método incluye además reequilibrar el AOS en respuesta a la determinación. En al menos algunas realizaciones, el reequilibrio del AOS incluye la oxidación de iones de vanadio en un electrolito de equilibrio a iones de dioxovanadio para producir iones de hidrógeno, en donde el anolito o catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) forma un dispositivo de equilibrio con el electrolito de equilibrio utilizando al menos dos semiceldas; y la regeneración de los iones de vanadio mediante la reducción de los iones de dioxovanadio utilizando un reductor.
[0030] En al menos algunas realizaciones, el método incluye además, antes de medir la capacidad de carga, aplicar un potencial para descargar el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, la medición de la capacidad de carga incluye la medición de la capacidad de carga en el anolito dentro del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, la medición de la capacidad de carga incluye medir la capacidad de carga en una porción del anolito eliminada del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0031] Otra realización es un método para determinar un estado de oxidación promedio (AOS) de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) que incluye un catolito y un anolito que ambos incluyen iones de hierro y cromo. El método incluye medirin situuna cantidad o concentración de una primera especie iónica en una primera del catolito o del anolito; medirin situuna cantidad o concentración de una segunda especie iónica en una segunda del catolito o del anolito; y determinar el AOS utilizando las cantidades o concentraciones medidas, las concentraciones o cantidades iniciales de hierro y cromo en el catolito y el anolito, y los volúmenes de anolito y catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0032] En al menos algunas realizaciones, una relación molar de cromo en el anolito a hierro en el catolito es de al menos 1,25. En al menos algunas realizaciones, el método incluye además reequilibrar el AOS en respuesta a la determinación. En al menos algunas realizaciones, el reequilibrio del AOS incluye la oxidación de iones de vanadio en un electrolito de equilibrio a iones de dioxovanadio para producir iones de hidrógeno, en donde el anolito o catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) forma un dispositivo de equilibrio con el electrolito de equilibrio utilizando al menos dos semiceldas; y la regeneración de los iones de vanadio mediante la reducción de los iones de dioxovanadio utilizando un reductor.
[0033] En al menos algunas realizaciones, medirin situla cantidad o concentración de la primera especie iónica incluye medir la cantidad o concentración de la primera especie iónica con el primero, ya sea el catolito o el anolito, sin fluir y el otro, ya sea el catolito o el anolito, fluyendo. En al menos algunas realizaciones, medirin situla cantidad o concentración de la segunda especie iónica comprende medir la cantidad o concentración de la segunda especie iónica con el segundo, ya sea el catolito o el anolito, sin fluir y el otro, ya sea el catolito o el anolito, fluyendo.
[0034] En al menos algunas realizaciones, medirin situla cantidad o concentración de la primera especie iónica incluye medir la cantidad o concentración de la primera especie iónica mediante titulación electroquímica de la primera especie iónica utilizando iones de vanadio en un electrolito de equilibrio.
[0035] Otra realización más es un método para determinar un estado de oxidación promedio (AOS) de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) que incluye un catolito y un anolito que ambos incluyen iones de hierro y cromo. El método incluye medir una tasa de descarga durante la descarga de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox); determinar un punto de inflexión de la descarga y medir un voltaje de circuito abierto (OCV) después del punto de inflexión; estimar una concentración de utilizando el OCV medido; y determinar el AOS utilizando la concentración medida y los volúmenes de anolito y catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0036] En al menos algunas realizaciones, una relación molar de cromo en el anolito a hierro en el catolito es de al menos 1,25. En al menos algunas realizaciones, el método incluye además reequilibrar el AOS en respuesta a la determinación. En al menos algunas realizaciones, el reequilibrio del AOS incluye la oxidación de iones de vanadio en un electrolito de equilibrio a iones de dioxovanadio para producir iones de hidrógeno, en donde el anolito o catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) forma un dispositivo de equilibrio con el electrolito de equilibrio utilizando al menos dos semiceldas; y la regeneración de los iones de vanadio mediante la reducción de los iones de dioxovanadio utilizando un reductor.
[0037] Una realización es un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) que incluye un anolito que tiene una primera especie iónica en solución; un catolito que tiene una segunda especie iónica en solución, donde el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) está configurado para reducir la primera especie iónica en el anolito y oxidar la segunda especie iónica en el catolito durante la carga; un primer electrodo en contacto con el anolito, donde el primer electrodo incluye canales para la recolección de partículas de impurezas metálicas reducidas en el anolito; un segundo electrodo en contacto con el catolito; y un separador que separa el anolito del catolito.
[0038] La primera especie iónica incluye una especie iónica de cromo. La segunda especie iónica incluye una especie iónica de hierro. En al menos algunas realizaciones, las impurezas metálicas incluyen al menos una de níquel, antimonio, zinc, platino, paladio, oro o cobre.
[0039] En al menos algunas realizaciones, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) incluye además una solución de limpieza, donde el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) está configurado para hacer fluir la solución de limpieza sobre el primer electrodo para eliminar las partículas de impurezas metálicas reducidas. En al menos algunas realizaciones, la solución de limpieza es al menos una porción del catolito. En al menos algunas realizaciones, la solución de limpieza incluye peróxido de hidrógeno o cloruro férrico.
[0040] Otra realización es un método para reducir impurezas metálicas en un anolito de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). El método incluye reducir las impurezas metálicas en el anolito; recolectar partículas de las impurezas metálicas reducidas; y eliminar las partículas recolectadas utilizando una solución de limpieza.
[0042] En al menos algunas realizaciones, la recolección de las partículas incluye recolectar al menos una porción de las partículas de las impurezas metálicas reducidas en un electrodo del sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, el electrodo incluye aberturas o hendiduras interdigitadas para la recolección de las partículas de las impurezas metálicas reducidas. En al menos algunas realizaciones, las impurezas metálicas incluyen al menos una de níquel, antimonio, zinc, platino, paladio, oro o cobre.
[0043] En al menos algunas realizaciones, la solución de limpieza incluye iones férricos. En al menos algunas realizaciones, la solución de limpieza es al menos una porción de un catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, la solución de limpieza incluye peróxido de hidrógeno o cloruro férrico.
[0044] En al menos algunas realizaciones, la eliminación de las partículas recolectadas incluye la eliminación de las partículas recolectadas durante un ciclo de mantenimiento del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, el método incluye además realizar al menos 5 ciclos de carga y descarga antes de realizar un ciclo de mantenimiento.
[0045] En al menos algunas realizaciones, la recolección de partículas incluye recolectar al menos una porción de las partículas de las impurezas metálicas reducidas en un filtro de partículas. En al menos algunas realizaciones, el anolito incluye iones de cromo y el catolito incluye iones de hierro. En al menos algunas realizaciones, el anolito incluye además iones de hierro y el catolito incluye además iones de cromo. En al menos algunas realizaciones, la utilización de cromo en el anolito está limitada a no más del 80 % por la cantidad de hierro en el catolito.
[0046] Una realización es un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) que incluye un anolito que tiene iones de cromo en solución; un catolito que tiene iones de hierro en solución, donde una relación molar de cromo en el anolito a hierro en el catolito es de al menos 1,25; un primer electrodo en contacto con el anolito; un segundo electrodo en contacto con el catolito; y un separador que separa el anolito del catolito.
[0047] En al menos algunas realizaciones, el anolito incluye además iones de hierro en la solución y el catolito incluye además iones de cromo en la solución. En al menos algunas realizaciones, una molaridad de los iones de hierro en el anolito está dentro del 25 % de una molaridad de iones de hierro en el catolito y una molaridad de los iones de cromo en el anolito está dentro del 25 % de una molaridad de iones de cromo en el catolito. En al menos algunas realizaciones, una molaridad inicial de en el anolito es al menos un 10 % menor que una molaridad inicial de en el catolito.
[0048] En al menos algunas realizaciones, la molaridad de los iones de cromo en el anolito es al menos 1,25 veces la molaridad de los iones de hierro en el catolito. En al menos algunas realizaciones, la molaridad de los iones de cromo en el anolito es al menos 1,43 veces la molaridad de los iones de hierro en el catolito. En al menos algunas realizaciones, la molaridad de los iones de cromo en el anolito es al menos 1,67 veces la molaridad de los iones de hierro en el catolito.
[0049] En al menos algunas realizaciones, un volumen del anolito es al menos 1,25 veces un volumen del catolito. En al menos algunas realizaciones, una molaridad de los iones de cromo en el anolito es igual a una molaridad del hierro en el catolito. En al menos algunas realizaciones, un volumen del anolito es al menos 1,43 veces un volumen del catolito. En al menos algunas realizaciones, un volumen del anolito es al menos 1,67 veces un volumen del catolito. En al menos algunas realizaciones, la relación molar de iones de cromo en el anolito a iones de hierro en el catolito es de al menos 1,43. En al menos algunas realizaciones, la relación molar de iones de cromo en el anolito a iones de hierro en el catolito es de al menos 1,67.
[0050] En al menos algunas realizaciones, el anolito incluye cloruro de cromo para proporcionar los iones de cromo. En al menos algunas realizaciones, el catolito incluye cloruro de hierro para proporcionar los iones de hierro. En al menos algunas realizaciones, tanto el anolito como el catolito incluyen además ácido clorhídrico.
[0051] En al menos algunas realizaciones, la utilización de cromo en el anolito está limitada por la cantidad de hierro en el catolito. En al menos algunas realizaciones, la utilización de cromo en el anolito está limitada a no más del 80 % por la cantidad de hierro en el catolito.
[0052] En al menos algunas realizaciones, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) no incluye un catalizador homogéneo. En al menos algunas realizaciones, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) no incluye un catalizador metálico.
[0053] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0054] Se describen realizaciones no limitantes y no exhaustivas de la presente invención con referencia a los siguientes dibujos. En los dibujos, los números de referencia iguales se refieren a partes iguales en todas las figuras, a menos que se especifique lo contrario.
[0055] Para una mejor comprensión de la presente invención, se hará referencia a la siguiente Descripción Detallada, que debe leerse en asociación con los dibujos adjuntos, en donde:
[0056] La FIG.1 es un diagrama esquemático de una realización de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), según la invención;
[0057] La FIG. 2 es un diagrama esquemático de una realización de un electrodo para un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), según la invención;
[0058] La FIG. 3 es un diagrama de flujo de una realización de eliminación o reducción de impurezas en un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), según la invención;
[0059] La FIG.4 es un diagrama esquemático de otra realización de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) con el catolito desviado a la segunda semicelda para mantenimiento, según la invención;
[0060] La FIG.5A es un diagrama esquemático de una realización de un sistema que incluye un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) junto con un dispositivo de equilibrio, según la invención;
[0061] La FIG. 5B es un diagrama esquemático de una realización del dispositivo de equilibrio del sistema de la FIG. 5A, según la invención;
[0062] La FIG.5C es un diagrama esquemático de otra realización de un sistema que incluye un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) junto con un dispositivo de equilibrio, según la invención;
[0063] La FIG. 5D es un diagrama esquemático de una realización del dispositivo de equilibrio del sistema de la FIG. 5C, según la invención;
[0064] La FIG.5E es un diagrama esquemático de otra realización de un dispositivo de equilibrio, según la invención; La FIG.6A es un diagrama esquemático de tanques de electrolitos de un sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox) con válvulas de liberación de presión, según la invención;
[0065] La FIG.6B es un diagrama esquemático de un tanque de electrolito de un sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox) con una disposición de tubo en U que contiene líquido para alivio de presión, según la invención; La FIG. 6C es un diagrama esquemático de tanques de electrolito de un sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox) con una disposición para la migración de gas entre los tanques, según la invención;
[0066] La FIG.7 es un diagrama esquemático de otra realización de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) con un contenedor secundario, según la invención;
[0067] La FIG.8 es un diagrama esquemático de otra realización de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) con una zona de temperatura, según la invención;
[0068] La FIG. 9 es un gráfico de la capacidad de carga versus el voltaje de carga para un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) equilibrado y dos sistemas de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) desequilibrado, según la invención;
[0069] La FIG. 10 es un diagrama de flujo de una realización de un método para determinar un estado de oxidación promedio (AOS) de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), según la invención;
[0070] La FIG. 11 es un diagrama de flujo de otra realización de un método para determinar un estado de oxidación promedio (AOS) de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), según la invención;
[0071] La FIG.12 es un gráfico del tiempo de autodescarga versus voltaje de descarga para un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) desequilibrado, según la invención;
[0072] La FIG.13 es un diagrama de flujo de una tercera realización de un método para determinar un estado de oxidación promedio (AOS) de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), según la invención;
[0073] La FIG. 14 es un diagrama esquemático de otra realización más de un sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox) e incluye una celda para medir un voltaje de circuito abierto (OCV), según la invención;
[0074] La FIG. 15 es un diagrama de flujo de un método para determinar la capacidad de almacenamiento o carga mediante la medición de un OCV final, según la invención; y
[0075] La FIG. 16 es un diagrama de flujo de un método para determinar AOS utilizando una medición de OCV, según la invención.
[0076] DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0077] La presente invención está dirigida al área de sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) y métodos para fabricar y utilizar sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox). La presente invención también está dirigida a sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) de hierro-cromo (Fe-Cr) y a métodos para fabricar y utilizar sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) de Fe-Cr.
[0078] Los sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) son una tecnología prometedora para el almacenamiento de energía generada por fuentes de energía renovables, como la solar, la eólica y la hidroeléctrica, así como otras fuentes de energía no renovables y otras. Como se describe en este documento, en al menos algunas realizaciones, un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) puede tener una o más de las siguientes propiedades: larga vida útil; almacenamiento de energía reutilizable; o capacidad de almacenamiento y potencia ajustables. Los términos “capacidad de almacenamiento”, “capacidad energética” y “capacidad de carga” se utilizan indistintamente a menos que se indique lo contrario.
[0080] La figura 1 ilustra una realización de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100. Se reconocerá que otros sistemas de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 pueden incluir más o menos elementos y los elementos pueden estar dispuestos de manera diferente a la que se muestra en las realizaciones ilustradas. También se reconocerá que la siguiente descripción de componentes, métodos, sistemas y similares se puede adaptar a otros sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) diferentes de las realizaciones ilustradas.
[0082] El sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 de la Figura 1 incluye dos electrodos 102, 104 y semiceldas asociadas 106, 108 que están separadas por un separador 110. Los electrodos 102, 104 pueden estar en contacto o separados del separador. Las soluciones electrolíticas fluyen a través de las semiceldas 106, 108 y se denominan anolito 112 y catolito 114. El sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 incluye además un tanque de anolito 116, un tanque de catolito 118, una bomba de anolito 120, una bomba de catolito 122, un dispositivo de distribución de anolito 124 y un dispositivo de distribución de catolito 126. El anolito 112 se almacena en el tanque de anolito 116 y fluye alrededor del dispositivo de distribución de anolito 124 a través, al menos en parte, de la acción de la bomba de anolito 120 hacia la semicelda 106. El catolito 114 se almacena en el tanque de catolito 118 y fluye alrededor del dispositivo de distribución de catolito 126 a través, al menos en parte, de la acción de la bomba de catolito 122 hacia la semicelda 108. Se reconocerá que, aunque la realización ilustrada de la Figura 1 incluye solo uno de cada uno de los componentes, otras realizaciones pueden incluir más de uno de cualquiera de los componentes ilustrados. Por ejemplo, otras realizaciones pueden incluir múltiples electrodos 102, múltiples electrodos 104, múltiples tanques de anolito 116, múltiples tanques de catolito 118, múltiples semiceldas 112, o múltiples semiceldas 114, o cualquier combinación de las mismas.
[0084] El anolito y el catolito son electrolitos y pueden ser el mismo electrolito o pueden ser electrolitos diferentes. Durante el flujo de energía hacia dentro o hacia fuera del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100, el electrolito en una de las semiceldas 106, 108 se oxida y pierde electrones y el electrolito en la otra semicelda se reduce y gana electrones.
[0086] El sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 se puede conectar a una carga/fuente 130/132, como se ilustra en la Figura 1. En un modo de carga, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 se puede cargar o recargar conectando la batería de flujo a una fuente 132. La fuente 132 puede ser cualquier fuente de energía, incluidas, entre otras, fuentes de energía de combustibles fósiles, fuentes de energía nuclear, otras baterías o celdas y fuentes de energía renovables, como fuentes de energía eólica, solar o hidroeléctrica. En un modo de descarga, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 puede proporcionar energía a una carga 130. En el modo de carga, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 convierte la energía eléctrica de la fuente 132 en energía potencial química. En el modo de descarga, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 convierte la energía potencial química nuevamente en energía eléctrica que se proporciona a la carga 130.
[0088] El sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 también se puede acoplar a un controlador 128 que puede controlar el funcionamiento del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). Por ejemplo, el controlador 128 puede conectar o desconectar el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 de la carga 130 o la fuente 132. El controlador 128 puede controlar el funcionamiento de la bomba de anolito 120 y de la bomba de catolito 122. El controlador 128 puede controlar el funcionamiento de las válvulas asociadas con el tanque de anolito 116, el tanque de catolito 118, el sistema de distribución de anolito 124, el sistema de distribución de catolito 126 o las semiceldas 106, 108. El controlador 128 se puede utilizar para controlar el funcionamiento general del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100, lo que incluye cambiar entre el modo de carga, el modo de descarga y, opcionalmente, un modo de mantenimiento (o cualquier otro modo adecuado de funcionamiento del sistema). En al menos algunas realizaciones, el controlador o el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) puede controlar la temperatura dentro de las semiceldas o en otras partes del sistema. En al menos algunas realizaciones, la temperatura de las semiceldas (o del sistema en general o de partes del sistema) se controla para que no sea más de 65, 60, 55 o 50 grados Celsius durante el funcionamiento.
[0090] Se puede utilizar cualquier controlador adecuado 128, incluidos, entre otros, uno o más ordenadores, ordenadores portátiles, servidores, cualquier otro dispositivo informático o similares, o cualquier combinación de los mismos, y puede incluir componentes tales como uno o más procesadores, una o más memorias, uno o más dispositivos de entrada, uno o más dispositivos de visualización y similares. El controlador 128 puede acoplarse al sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) a través de cualquier conexión cableada o inalámbrica o cualquier combinación de ellas. El controlador 128 (o al menos una parte del controlador) puede estar ubicado localmente en el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 o ubicado, parcial o totalmente, de manera no local con respecto al sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0091] Los electrodos 102, 104 pueden estar hechos de cualquier material adecuado, incluidos, entre otros, grafito u otros materiales de carbono (incluidos electrodos sólidos, de fieltro, de papel o de tela hechos de grafito o carbono), oro, titanio, plomo o similares. Los dos electrodos 102, 104 pueden estar hechos del mismo material o de materiales diferentes. En al menos algunas realizaciones, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 no incluye ningún catalizador homogéneo o metálico para la reacción de reducción-oxidación (redox) en el anolito o catolito o ambos. Esto puede limitar el tipo de material que se puede utilizar para los electrodos.
[0092] El separador 110 separa las dos semiceldas 106, 108. En al menos algunas realizaciones, el separador 110 permite el transporte de iones seleccionados (por ejemplo, , o iones de hierro o cromo o cualquier combinación de los mismos) durante la carga o descarga del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100. En algunas realizaciones, el separador 110 es una membrana microporosa. Se puede utilizar cualquier separador adecuado 110 y ejemplos de separadores adecuados incluyen, pero no se limitan a, membranas de transferencia de iones, membranas de transferencia aniónicas, membranas de transferencia catiónicas, separadores microporosos o similares o cualquier combinación de los mismos.
[0093] Los sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) pueden ser seguros, confiables y proporcionar un medio de almacenamiento de energía reutilizable. Sin embargo, ha sido un desafío identificar un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) que tenga una energía de almacenamiento deseable con una vida útil prolongada (por ejemplo, un sistema de batería de flujo que mantenga su capacidad de almacenamiento durante muchos ciclos de carga/descarga) y que esté hecho de materiales que tengan abundante disponibilidad (por ejemplo, materiales que sean abundantes en la Tierra y se extraigan comercialmente y estén disponibles en cantidades relativamente grandes). Las baterías actuales de litio y vanadio utilizan materiales que tienen disponibilidad limitada. La capacidad de almacenamiento de muchos sistemas de baterías convencionales también se degrada cuando se someten a 10, 50 o 100 ciclos de carga/descarga o más. Otro desafío para los sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) acuoso es gestionar o evitar la evolución de hidrógeno u oxígeno del agua.
[0094] Como se describe en este documento, un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) adecuado y útil es un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) de hierro-cromo (Fe-Cr) que utiliza la química de reducción-oxidación (redox) y . El hierro y el cromo generalmente están fácilmente disponibles comercialmente y, al menos en algunas realizaciones, la capacidad de almacenamiento de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) de Fe-Cr no se degrada en más del 10 % o 20 % durante al menos 100, 200, 250 o 500 ciclos de carga/descarga o puede configurarse, utilizando procedimientos de mantenimiento, para mantener al menos el 70 %, 80 % o 90 % de la capacidad de almacenamiento durante al menos 100, 200, 250 o 500 ciclos de carga/descarga.
[0095] Según la invención, los electrolitos (es decir, el catolito o anolito) de un sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox) Fe-Cr incluyen un compuesto que contiene hierro o un compuesto que contiene cromo (o ambos) disuelto en un disolvente. En algunas realizaciones, el anolito y el catolito contienen tanto el compuesto que contiene hierro como el compuesto que contiene cromo. Las concentraciones de estos dos compuestos en el anolito y el catolito pueden ser iguales o diferentes. En otras realizaciones, el catolito incluye solo el compuesto que contiene hierro y el anolito incluye solo el compuesto que contiene cromo.
[0096] El compuesto que contiene hierro puede ser, por ejemplo, cloruro de hierro, sulfato de hierro, bromuro de hierro o similares o cualquier combinación de los mismos. El compuesto que contiene cromo puede ser, por ejemplo, cloruro de cromo, sulfato de cromo, bromuro de cromo o similares o cualquier combinación de los mismos. El disolvente puede ser agua; un ácido acuoso, tal como ácido clorhídrico, ácido bromhídrico, ácido sulfúrico o similar. En al menos algunas realizaciones, tanto el catolito como el anolito de un sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox) Fe-Cr incluyen cloruro de hierro y cloruro de cromo disueltos en ácido clorhídrico. En al menos algunas realizaciones, el catolito de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) Fe-Cr incluye cloruro de hierro disuelto en ácido clorhídrico y el anolito incluye cloruro de cromo disuelto en ácido clorhídrico. En al menos algunos casos, se ha encontrado que los iones de cromo complejados con cloruro (por ejemplo,
[0097] ) tienen una cinética de reacción más rápida y una producción de menor que al menos algunos otros complejos de iones de cromo (por ejemplo, ). Por consiguiente, la inclusión de cloruro en el anolito (por ejemplo, del compuesto que contiene cromo, del disolvente o de ambos) puede ser beneficiosa.
[0098] En al menos algunas realizaciones, la molaridad del hierro en el catolito o el anolito o ambos está en un rango de 0,5 a 2. En al menos algunas realizaciones, la molaridad del cromo en el anolito o el catolito o ambos está en un rango de 0,5 a 2. En al menos algunas realizaciones, la molaridad del ácido clorhídrico u otro ácido o base acuosa está en un rango de 0,5 a 4.
[0099] Un desafío de las baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) de Fe-Cr anteriores es la generación o evolución de hidrógeno ( ) en el electrodo negativo como resultado de las reacciones de reducción-oxidación (redox). En al menos algunos casos, aumentar la utilización del cromo en la batería de flujo de reducción-oxidación (redox) puede incrementar la producción de hidrógeno. A menudo es deseable limitar o reducir la producción de hidrógeno en la batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0100] Se ha descubierto que limitar la utilización de cromo da como resultado una menor generación de hidrógeno y al mismo tiempo conserva una densidad energética adecuada en el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, la utilización de cromo en el anolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) está limitada a no más del 80 %, 70 % o 60 % o menos. En al menos algunas realizaciones, la utilización de cromo en el anolito está limitada por la cantidad de hierro en el catolito o está limitada por la utilización del 100% del hierro en el catolito.
[0101] La utilización del cromo se puede gestionar, al menos en parte, gestionando las cantidades relativas de cromo y hierro en el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). El término “relación molar” tal como se utiliza en este documento significa la relación de la cantidad molar de un componente con respecto a la cantidad molar de un segundo componente. En al menos algunas realizaciones, la relación molar de cromo en el anolito a hierro en el catolito (Cr(anolito)/Fe(catolito)) no es 1, sino que la relación molar Cr(anolito)/Fe(catolito) es al menos 1,25 o más (por ejemplo, al menos 1,43, 1,67 o más). En al menos algunas realizaciones, la cantidad molar de hierro en el catolito no es más del 80%, 70% o 60% o menos de la cantidad molar de cromo en el anolito. En al menos algunas realizaciones, la menor cantidad de hierro disponible limita la utilización del cromo disponible a no más del 80%, 70% o 60%. En al menos algunas realizaciones, el anolito y el catolito son soluciones mixtas de hierro y cromo. En al menos algunas realizaciones, la concentración de hierro en el catolito es diferente de la concentración de cromo en el anolito para producir la relación molar deseada. En al menos algunas realizaciones, la concentración de hierro en el catolito no es más del 80%, 70% o 60% o menos de la concentración de cromo en el anolito.
[0102] En al menos algunas realizaciones, la concentración de hierro en el catolito y la concentración de cromo en el anolito son la misma. En tales realizaciones, la relación molar de cromo y hierro en el anolito y el catolito, respectivamente, se puede seleccionar mediante la selección de los volúmenes del anolito y del catolito. En al menos algunas realizaciones, la relación de volumen de anolito a catolito es al menos 1,25: 1 o más (por ejemplo, al menos 1,43: 1 o 1,67: 1 o más), lo que conduce a una relación molar que es igual a la relación de volumen cuando las concentraciones de cromo en el anolito y hierro en el catolito son las mismas. En al menos algunas realizaciones, el volumen del catolito no es más del 80%, 70% o 60% del volumen del anolito.
[0103] En algunas realizaciones, los volúmenes del anolito y del catolito pueden basarse en el volumen de las respectivas semiceldas 106, 108. En algunas realizaciones, los volúmenes del anolito y del catolito pueden basarse en el volumen de las respectivas porciones de catolito y anolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100. Por ejemplo, la porción de catolito puede incluir la semicelda 108, el tanque de catolito 118 y el dispositivo de distribución de catolito 126. La porción de anolito puede incluir la semicelda 106, el tanque de anolito 116 y el dispositivo de distribución de anolito 124.
[0104] Se reconocerá que se puede utilizar una combinación de diferentes concentraciones de hierro y cromo y diferentes volúmenes de catolito y anolito para lograr la relación molar deseada de cromo en el anolito y hierro en el catolito. En al menos algunas de estas realizaciones, el volumen del catolito no es más del 95%, 90%, 80%, 70% o 60% del volumen del anolito.
[0105] En al menos algunos casos, se ha descubierto que una mayor concentración de en el anolito promueve la generación de hidrógeno. Para reducir la generación de hidrógeno por el anolito, la concentración de en el anolito inicial puede ser menor que la concentración de en el catolito inicial. En al menos algunas realizaciones, la concentración de en el anolito inicial es al menos 10, 20, 25 o 50 por ciento menor que la concentración de en el catolito inicial.
[0106] La Tabla 1 ilustra una relación de volumen 1:1 de anolito a catolito en diferentes estados de carga (SOC), donde el estado de carga representa el porcentaje de conversión de las especies iónicas activas iniciales en el anolito y el catolito a las especies iónicas reducidas/oxidadas. Se reconocerá que la concentración de cambia para mantener el equilibrio de carga entre el anolito y el catolito. En la Tabla 1, el anolito inicial es 1,25M , 1,25M y 1,25M , y el catolito inicial es 1,25M , 1,25M y 2,5M . Estas concentraciones particulares se seleccionan para que la concentración de sea igual en el estado de carga del 50%.
[0107] Tabla 1
[0109]
[0110]
[0113] La Tabla 2 ilustra una relación de volumen de 2:1 de anolito a catolito en diferentes estados de carga (SOC). En la Tabla 2, el anolito inicial es 1,25M , 1,25M y 1,5625M , y el catolito inicial es 1,25M , 1,25M y 2,5M . Estas concentraciones particulares se seleccionan para que la concentración de sea igual cuando el anolito tiene un 25 % de SOC y el catolito un 50 % de SOC. La diferencia de SOC entre el anolito y el catolito se debe a que el anolito tiene el doble de volumen que el catolito.
[0114] Tabla 2
[0116]
[0119] Otro desafío con los sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) de Fe-Cr, así como otros sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox), es la presencia de impurezas metálicas, como níquel, antimonio y cobre. En al menos algunos casos, estas impurezas metálicas pueden aumentar la generación de hidrógeno en la superficie del electrodo negativo. Estas impurezas metálicas pueden estar presentes como una impureza natural o como parte del refinado o fabricación de los compuestos de hierro y cromo u otras partes del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) o mediante cualquier otro mecanismo.
[0120] En al menos algunas realizaciones, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 puede configurarse para eliminar o reducir el nivel de estas impurezas. Como se ilustra en la Figura 3, en al menos algunas realizaciones, para eliminar o reducir el nivel de estas impurezas, el sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox) 100 está configurado para reducir electroquímicamente al menos algunas de las impurezas a forma metálica (paso 350), recolectar las partículas metálicas resultantes utilizando un filtro de partículas u otro dispositivo como el electrodo interdigitado que se describe a continuación (paso 352) y eliminar estas impurezas utilizando una solución de limpieza que contiene una especie oxidante (paso 354).
[0121] En al menos algunas realizaciones, las impurezas se reducen dentro del anolito como parte de las reacciones de reducción-oxidación (redox). Las impurezas forman partículas metálicas o partículas cuando se reducen durante la carga. El sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 puede incluir un filtro de partículas en la semicelda 106 o en otro lugar para capturar las partículas o partículas metálicas. En algunas realizaciones, el electrodo negativo 102 puede ayudar a filtrar las partículas o partículas metálicas. Para facilitar también la eliminación de las impurezas, el electrodo negativo 102 puede tener una estructura interdigitada, como se ilustra en la Figura 2. La estructura interdigitada incluye canales vacíos o dentados 240 para la recolección de partículas de impurezas metálicas durante el funcionamiento del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100. Estas partículas pueden luego eliminarse del electrodo durante un ciclo de mantenimiento, como se describe a continuación.
[0122] En al menos algunas realizaciones, los sistemas de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) Fe-Cr descritos en este documento están dispuestos para eliminar estas impurezas utilizando una solución con una especie oxidante, tal como . Como parte del mantenimiento del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100, durante un ciclo de mantenimiento, se puede hacer fluir una solución de
(u otro oxidante) a través de la porción de anolito del sistema para eliminar las impurezas del electrodo 102 o de otra parte del sistema. En al menos algunas realizaciones, la solución puede ser el catolito o una porción del catolito. Las soluciones oxidantes alternativas incluyen, pero no se limitan a, soluciones de peróxido de hidrógeno, soluciones de cloruro férrico, ácido nítrico o similares.
[0123] En al menos algunas realizaciones, la eliminación o reducción de impurezas metálicas se realiza durante la fabricación del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), antes del inicio del funcionamiento del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), o durante el funcionamiento del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), o cualquier combinación de los mismos. Se entenderá que estos métodos y sistemas para la eliminación de impurezas metálicas no se limitan a los sistemas de baterías de flujo de reducciónoxidación (redox) de Fe-Cr, sino que también se pueden utilizar en otros sistemas de baterías de flujo de reducciónoxidación (redox), como los de vanadio, vanadio-bromo, vanadio-hierro, zinc-bromo y sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) orgánicos.
[0124] También se ha descubierto que, en al menos algunas realizaciones, la exposición ocasional del electrodo 102 al catolito 114 puede facilitar la pasivación de la superficie del electrodo 102 y reducir la generación de hidrógeno. A modo de ejemplo, en un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) Fe-Cr, el electrodo 102 se trató con el catolito 114 durante 1 hora después de 17 ciclos de carga/descarga y la tasa de generación de hidrógeno bajó de 38,9 ml/min a 10,2 ml/min. En al menos algunas realizaciones, el funcionamiento del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) puede incluir periódicamente (o cuando lo inicia o lo solicita un operador) un período de mantenimiento en el que la semicelda 106 o el electrodo 102 se expone al catolito (o un electrolito que tiene componentes como los especificados anteriormente para el catolito) durante un período de tiempo (por ejemplo, 5, 10, 15, 30, 45, 60 minutos o más). El catolito puede introducirse en la semicelda 106 o en el electrodo 102 una vez, de forma periódica, de manera intermitente o de manera continua durante el período de mantenimiento. En al menos algunas de estas realizaciones, el catolito 114 puede devolverse al tanque de catolito 118 después del período de mantenimiento. En al menos algunas realizaciones, el período de mantenimiento puede realizarse cuando el estado de carga del anolito es al menos 50%, 75% o 90%.
[0125] La Figura 4 ilustra una realización de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) que incluye interruptores 434 para desconectar el sistema de distribución de anolito 124 de la semicelda 106 y conectar el sistema de distribución de catolito 126 a la semicelda 106 para hacer fluir el catolito 114 hacia la semicelda 106. Tal disposición se puede utilizar para reducir o eliminar impurezas metálicas o para pasivar el electrodo 102 o cualquier combinación de los mismos. La bomba 122 se puede utilizar para hacer fluir el catolito 114 hacia la semicelda 106 o para retirar el catolito 114 de la semicelda 106 cuando se completa el mantenimiento.
[0126] Un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) Fe-Cr puede tener una reducción en la capacidad de almacenamiento con el tiempo que surge, al menos en parte, del bajo potencial estándar del par lo que da como resultado al menos algún nivel de generación de hidrógeno en el lado del anolito del sistema. Como resultado, el estado de oxidación promedio (AOS) de las especies activas en el sistema aumenta y el sistema puede desequilibrarse y la capacidad de almacenamiento disminuir. Es útil, por tanto, disponer de métodos o disposiciones para restaurar al menos parcialmente la capacidad de almacenamiento mediante la recuperación del AOS.
[0127] En al menos algunas realizaciones, el AOS para un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) Fe-Cr se puede describir como: AOS = ((Moles de en catolito y anolito)*3 (Moles de en catolito y anolito)*2 (Moles de en anolito y catolito)*3 (Moles de en anolito y catolito)*2)/(Moles de Fe en catolito y anolito Moles de Cr en anolito y catolito).
[0128] Para reequilibrar el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), en al menos algunas realizaciones, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) incluye un dispositivo de equilibrio, junto con el anolito o el catolito, para reequilibrar el sistema y restaurar la capacidad de almacenamiento. En al menos algunas realizaciones, el dispositivo de equilibrio utiliza una fuente de vanadio (para producir especies iónicas de oxovanadio ( ) y dioxovanadio ( )) y un reductor, tal como un compuesto de hidrocarburo oxidable, para reequilibrar el sistema y restaurar la capacidad de almacenamiento. Las siguientes realizaciones ilustran la adición de un dispositivo de equilibrio a un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) de Fe-Cr. Se entenderá que dichos dispositivos de equilibrio se pueden utilizar con otros sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) u otros sistemas químicos y/o electroquímicos.
[0129] La figura 5A ilustra una realización de partes del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 y un dispositivo de equilibrio 500. La figura 5B ilustra una realización del dispositivo de equilibrio 500. En esta realización, el catolito 114 se utiliza junto con un electrolito de equilibrio 562 (por ejemplo, un electrolito que contiene / ) y un reductor 563 para reequilibrar el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100. El dispositivo de equilibrio 500 incluye el tanque de catolito 118; electrodos de equilibrio 552, 554; semiceldas de equilibrio 556, 558; separador de equilibrio 560; bomba de equilibrio de catolito 572; sistema de distribución de equilibrio de catolito 576; tanque de equilibrio 566; tanque de reductor 567; bomba de electrolito de equilibrio 570; dispositivo de distribución de electrolito de equilibrio 574; y fuente de potencial 561.
[0130] Las siguientes ecuaciones de reacción ilustran un ejemplo del reequilibrio del sistema utilizando el catolito a base de hierro 114, un electrolito de equilibrio 562 que contiene iones de oxovanadio y un reductor 563 que contiene fructosa, junto con la aplicación de un potencial externo desde la fuente de potencial 561 de al menos 0,23 V:
[0132]
[0135] A través de estas reacciones, se puede reducir el AOS del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 y restaurar los iones perdidos en la generación de hidrógeno. En al menos algunas realizaciones, este reequilibrio (o restauración del AOS o recuperación de la capacidad de almacenamiento) no utiliza ningún catalizador metálico, ya que dichos catalizadores a menudo aumentan la generación de hidrógeno. En al menos algunas realizaciones, el del electrolito de equilibrio 562 puede considerarse un catalizador homogéneo ya que los iones se regeneran utilizando el reductor 563. En al menos algunas realizaciones, la reducción de iones ocurre en la semicelda de equilibrio 566.
[0136] En al menos algunas realizaciones, la oxidación del reductor 563 se puede realizar en el tanque de equilibrio 566 en lugar de la semicelda 556 y puede no requerir la aplicación de un potencial externo, siempre que haya iones disponibles. Los agentes reductores adecuados incluyen azúcares (por ejemplo, fructosa, glucosa, sacarosa o similares o cualquier combinación de los mismos), ácidos carboxílicos (por ejemplo, ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido oxálico o similares o cualquier combinación de los mismos), aldehídos (por ejemplo, formaldehído, acetaldehído o similares o cualquier combinación de los mismos), alcoholes (por ejemplo, metanol, etanol, propanol o similares o cualquier combinación de los mismos), otros hidrocarburos o gas hidrógeno. En al menos algunas realizaciones, el reductor es soluble o al menos parcialmente soluble en agua.
[0137] En al menos algunas realizaciones, el reductor 563 se agrega de manera periódica, intermitente o continua al electrolito de equilibrio 562 desde el tanque de reductor 567. En al menos algunas realizaciones, este proceso de reequilibrio (para recuperar la capacidad de almacenamiento o restaurar el AOC) ocurre de manera continua, intermitente o periódica. Por ejemplo, la bomba de equilibrio de catolito 572 y la bomba de equilibrio de electrolito 570 pueden funcionar de forma continua, intermitente o periódica. En al menos algunas realizaciones, la bomba de catolito 122 también se puede utilizar como bomba de equilibrio de catolito 572. Además, el dispositivo de distribución de equilibrio de catolito 576 puede incluir una válvula para acoplarse o desconectarse del tanque de catolito 118.
[0138] Las figuras 5C y 5D ilustran otra realización del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 con un dispositivo de equilibrio 500' que funciona con el anolito 112 (y la bomba de anolito correspondiente 572' y el dispositivo de distribución de equilibrio de anolito 576') en lugar del catolito. En al menos algunas realizaciones, la bomba de anolito 120 también se puede utilizar como bomba de equilibrio de anolito 572’.
[0139] Las siguientes ecuaciones de reacción ilustran un ejemplo del reequilibrio del sistema utilizando el anolito a base de cromo 112, un electrolito de equilibrio 562 que contiene iones de oxovanadio y un reductor 563 que contiene fructosa, junto con la aplicación de un potencial externo desde la fuente de potencial 561 de al menos 1,40 V:
[0141]
[0144] La Figura 5E ilustra otra realización de un dispositivo de equilibrio 500” que puede adaptarse para funcionar con el catolito o el anolito y el tanque de catolito/anolito correspondiente 118/116 que está acoplado al resto del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100. Esta realización incorpora un tanque intermedio 584 y dos semiceldas intermedias 586, 588 entre el tanque de catolito/anolito 118/116 y el tanque de equilibrio 562 y las semiceldas correspondientes 556/558. (Al igual que con el tanque de equilibrio, puede haber una bomba intermedia y un dispositivo de distribución intermedio, así como un separador intermedio entre las dos semiceldas 586, 588 y un potencial de fuente para aplicar un potencial entre los electrodos de las dos semiceldas 586, 588.) En una realización, el electrolito intermedio en el tanque intermedio 584 contiene iones .
[0145] Las siguientes ecuaciones de reacción ilustran un ejemplo del reequilibrio del sistema utilizando el dispositivo de equilibrio 500” y el catolito 114 del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 (Figura 1).
[0146]
(semicelda 556)
[0147] emicelda 558)
[0148]
emicelda 586)
[0149] (semicelda 588)
[0150]
(tanque de equilibrio 562 o semicelda 556 o ambos)
[0151] Otra realización utiliza el anolito (
en lugar del catolito junto con el electrolito intermedio y el electrolito de equilibrio. Otra realización utiliza el anolito y reemplaza el electrolito intermedio con un electrolito intermedio
[0152] Se reconocerá que el dispositivo de equilibrio descrito en este documento se puede utilizar con otros sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox) y, en particular, aquellos que son capaces de generar gas hidrógeno. Los ejemplos de dichos sistemas de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) incluyen, entre otros, sistemas de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) Zn-Br o Zn-Cl, sistemas de batería de flujo de reducciónoxidación (redox) basados en vanadio (por ejemplo, todo vanadio, V-Br, V-Cl o V-polihaluro); sistemas de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) basados en Fe-V u otro hierro (por ejemplo, un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) todo de hierro); o sistemas de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) orgánicos. En algunas realizaciones, durante las condiciones de sobrecarga de ,se puede generar gas cloro ( ) en el lado del catolito del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100. El cloro puede estar confinado en el espacio de cabeza del catolito, por ejemplo, del tanque de catolito 118 o de la semicelda 108 o similar o cualquier combinación de los mismos. La generación continua de gas cloro aumenta la presión en el espacio de cabeza confinado del catolito. En al menos algunas realizaciones, esto puede provocar que el gas cloro migre al espacio de cabeza del anolito a través de una conexión 638c (Figura 6C) que incluye opcionalmente una o más válvulas o interruptores 639 para controlar el flujo. En al menos algunas realizaciones, al menos una parte del gas cloro puede ser absorbida por la solución de anolito. En al menos algunas realizaciones, pueden ocurrir las siguientes reacciones entre el cloro y la solución de anolito para descargar químicamente el sistema sobrecargado:
[0154]
[0156] En al menos algunas realizaciones, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 puede incluir un sistema de liberación de presión para gestionar la presión en el espacio de cabeza del catolito o anolito. Por ejemplo, una válvula de alivio de presión 638a (Figura 6A) o un dispositivo de tubo en U que contiene líquido 638b (Figura 6B) se pueden acoplar al espacio de cabeza del catolito para controlar la presión. De manera similar, un dispositivo de válvula de alivio de presión o un tubo en U que contiene líquido puede acoplarse al espacio de cabeza del anolito. En al menos algunas realizaciones, el gas en el espacio de cabeza del anolito o catolito puede intercambiarse con una atmósfera ambiental a través de un sistema de control de presión de gas bidireccional, tal como la disposición de tubo en U. En al menos algunas realizaciones, también se puede utilizar un dispositivo de tubo en U como monitor de fugas de gas. En al menos algunas realizaciones, el líquido en una disposición de tubo en U puede contener un indicador de nivel de ácido que puede usarse para estimar la cantidad de gas que contiene ácido liberado al medio ambiente por el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0157] En al menos algunos casos, las soluciones ácidas y el vapor químico de las fugas de electrolitos y productos químicos de las reacciones de reducción-oxidación (redox) pueden dañar los dispositivos electrónicos (por ejemplo, el controlador 128, interruptores, válvulas, bombas, sensores o similares) en el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100. Además, las fugas pueden provocar daños o contaminación ambiental.
[0158] En al menos algunas realizaciones, todo o una parte del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 que contiene el anolito o el catolito o ambos puede estar situado en un contenedor secundario 790 (Figura 7) que contiene material absorbente de ácido, como sodio, carbonato, bicarbonato de sodio, carbonato de calcio u óxido de calcio o similares. En al menos algunas realizaciones, el contenedor secundario puede contener suficiente material absorbente de ácido para neutralizar al menos el 10, 25, 40, 50, 60, 70, 75, 90 por ciento o más del anolito o catolito o ambos.
[0159] En algunas realizaciones, los componentes que contienen anolito y catolito, tales como los tanques de anolito o catolito 116, 118, las semiceldas 106, 108, al menos algunas porciones de los sistemas de distribución de anolito o catolito 124, 126, los electrodos 102, 104 o similares, del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 se mantienen a una temperatura de al menos 50, 60, 70 u 80 grados Celsius o más durante los períodos de carga o descarga en una zona de temperatura 892, como se ilustra en la Figura 8. La temperatura de estos componentes se puede mantener utilizando uno o más dispositivos de calentamiento 894. Además, uno o más de los componentes electrónicos del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), como uno o más del controlador 128, las bombas 120, 122, uno o más sensores, una o más válvulas o similares, se mantienen a una temperatura de no más de 40, 35, 30, 25 o 20 grados Celsius o menos. La temperatura de estos componentes se puede mantener utilizando uno o más dispositivos de enfriamiento 896.
[0160] En un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), el estado de oxidación promedio (AOS) de las especies activas en el catolito o el anolito (o ambos) puede cambiar, particularmente en condiciones como la generación de hidrógeno o la intrusión de oxígeno en el sistema. Como resultado del cambio de AOS, el sistema puede desequilibrarse, la capacidad de almacenamiento del sistema puede disminuir o pueden acelerarse reacciones secundarias, como la generación de hidrógeno, o cualquier combinación de estos efectos.
[0161] Es útil conocer el AOS de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). Los métodos convencionales de determinación de AOS incluyen tomar muestras y realizar un análisis de titulación de potencial fuera de línea, obtener una medición UV-Visin situo realizar mediciones de diferencia de potencialin situcontra un electrodo de referencia. Estas técnicas pueden ser lentas o relativamente imprecisas.
[0162] A diferencia de estas técnicas convencionales, aquí se presentan métodos relativamente rápidos y precisos. El método incluye medir la capacidad de iones en al menos uno de los electrolitos durante un proceso de carga de bajo potencial y utilizar esta capacidad de carga y el volumen conocido del electrolito para determinar el AOS.
[0163] La figura 9 ilustra tres curvas de carga diferentes para un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). La primera curva de carga 990 es para un sistema equilibrado. La segunda curva de carga 992 y la tercera curva de carga 994 son para dos sistemas desequilibrados diferentes. En los sistemas desequilibrados, hay una región de carga de bajo potencial 992a, 994a y una región de carga de alto potencial 992b, 994b. Realizando una o más mediciones en la región de carga de bajo potencial 992a, 994a, se puede determinar el AOS.
[0164] Estos métodos de determinación de AOS se ilustrarán utilizando el sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox) Fe-Cr descrito anteriormente. Se entenderá, sin embargo, que estos métodos se pueden utilizar con cualquier otro sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) adecuado. En este ejemplo, tanto el catolito como el anolito incluyen iones de hierro y cromo. Para un sistema equilibrado, cuando el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) está completamente descargado, solo hay y tanto en el anolito como en el catolito. Al aplicar una carga, el sistema experimenta las siguientes reacciones de reducción-oxidación (redox):
[0166]
lado positivo)
[0168] ( , lado negativo)
[0169] La diferencia de potencial entre los electrolitos positivos y negativos puede aumentar a más de 0,9 V inmediatamente en al menos algunas realizaciones, como lo ilustra la primera curva de carga 990 en la Figura 9.
[0170] Sin embargo, si el sistema no está equilibrado, el AOS aumenta debido a reacciones secundarias. Por ejemplo, se puede encontrar una mezcla de en el electrolito descargado de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) Fe-Cr desequilibrado. Para tal mezcla de iones, cuando se aplica una carga al sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), el sistema primero experimenta las siguientes reacciones de reducción-oxidación (redox):
[0172]
(lado positivo)
[0174] (lado negativo)
[0176] Estas reacciones ocurren a bajo potencial hasta que todos los iones se consumen en el electrolito negativo. Esto corresponde a la región de carga de bajo potencial 992a, 994a en la Figura 9. Solo después de consumir todos los iones , los iones de cromo se reducirán en el potencial de carga más alto, como se ilustra en las regiones de carga de alto potencial 992b, 994b.
[0178] La capacidad de carga de este proceso de carga de bajo potencial se puede utilizar para determinar la cantidad de iones en el anolito. Por ejemplo, la capacidad de carga en el punto de inflexión 993 de la Figura 9 dividida por 26,8 Ah/mol (la carga de un mol de electrones) da la cantidad molar de en el anolito. Esto combinado con el volumen de los electrolitos positivos y negativos se puede utilizar para determinar el AOS del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0180] Esta información también se puede utilizar para reequilibrar el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) utilizando, por ejemplo, los dispositivos de equilibrio descritos anteriormente. A modo de ejemplo, utilizando el dispositivo de equilibrio 500 ilustrado en las Figuras 5A y 5B, un electrolito de equilibrio 562 que contiene iones de oxovanadio, y un reductor 563 que contiene fructosa, junto con la aplicación de un potencial externo desde la fuente de potencial 561 de al menos 0,23 V produce las siguientes reacciones:
[0182]
[0185] El reequilibrio del AOS se puede lograr proporcionando el reductor 563 (fructosa) al electrolito de equilibrio 562. Por ejemplo, idealmente, proporcionando una cantidad molar de fructosa igual a la cantidad molar de multiplicada por (1/24) puede reequilibrar el AOS. Se reconocerá que se puede utilizar más fructosa para reequilibrar completamente el AOS debido a los elementos no ideales del sistema.
[0187] La figura 10 es un diagrama de flujo de una realización de un método para determinar AOS. En el paso 1060, se mide la capacidad de carga durante un período de carga de bajo potencial. Por ejemplo, la capacidad de carga se puede medir como la capacidad de carga cuando la curva de carga cambia del período de carga de potencial bajo al período de carga de potencial alto, como, por ejemplo, en los puntos de inflexión 993, 995 en la Figura 9. En el paso 1062, el AOS se puede determinar utilizando esta medición (o conjunto de mediciones) y los volúmenes conocidos del anolito y el catolito y las concentraciones conocidas de hierro y cromo del catolito y el anolito, respectivamente. En al menos algunas realizaciones, antes del paso 1060, el anolito 112 y el catolito 114 en el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 se pueden descargar completamente aplicando un potencial externo o mezclando completamente el anolito y el catolito. En al menos algunas realizaciones, el catolito y el anolito pueden mezclarse completamente antes de determinar la capacidad de carga.
[0189] Otra realización no requiere un sistema completamente descargado, pero se puede determinar para cualquier condición de estado de carga utilizando titulación culombimétrica. La figura 11 es un diagrama de flujo de una realización de este método. En el paso 1166, se mide la cantidad de una especie iónica (por ejemplo, o ) en uno de los electrolitos (catolito o anolito) deteniendo el flujo de ese electrolito y realizando una titulaciónin situde la primera especie iónica en el electrolito que no fluye. El dispositivo de equilibrio 500 u otro electrolito, que preferentemente continúa fluyendo a través del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), se puede utilizar para titular las especies iónicas. A modo de ejemplo, la cantidad de se puede determinar en el catolito deteniendo el flujo del catolito y titulando el utilizando a) los iones de vanadio en el dispositivo de equilibrio 500 o b) el en el anolito, que puede continuar fluyendo a través del sistema de batería de reducción-oxidación (redox) para garantizar que haya suficientes iones para titular todo el .
[0191] En el paso 1168, se mide la cantidad de una segunda especie iónica (por ejemplo, o ) en uno de los electrolitos (anolito o catolito) deteniendo el flujo de ese electrolito y realizando una titulaciónin situde la segunda especie iónica en el electrolito que no fluye. Preferiblemente, la segunda especie iónica se mide en un electrolito diferente del electrolito en el que se mide la primera especie iónica, de modo que una especie iónica se mide en el catolito y una especie iónica se mide en el anolito. En al menos algunas realizaciones, la medición de la primera especie iónica alterará la cantidad o concentración de la segunda especie iónica, de modo que la medición de la segunda especie iónica se ajustará para tener en cuenta esta alteración. El dispositivo de equilibrio 500 u otro electrolito, que preferentemente continúa fluyendo a través del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), se puede utilizar para titular las especies iónicas. A modo de ejemplo, la cantidad de se puede determinar en el anolito deteniendo el flujo del anolito y titulando el utilizando a) los iones de vanadio en el dispositivo de equilibrio 500 o b) el en el catolito, que puede continuar fluyendo a través del sistema de batería de reducción-oxidación (redox) para garantizar que haya suficientes iones para titular todo el .
[0193] En el paso 1170, el AOS se puede determinar utilizando estas dos mediciones, las concentraciones o cantidades iniciales de hierro y cromo, los volúmenes de las semiceldas y los volúmenes del anolito y el catolito.
[0195] En otra realización, se puede observar el proceso de descarga, en lugar del proceso de carga. Para un sistema cargado o parcialmente cargado, se puede utilizar un proceso de descarga o autodescarga para estimar el adicional en el electrolito positivo basándose en la diferencia de tasa de descarga entre dos pares electroquímicos diferentes (aquí, vs ) y un par con diferentes concentraciones ( ). El cambio en la tasa de descarga de los dos pares electroquímicos en un dispositivo electroquímico es mucho más rápido que el de un par electroquímico con diferentes concentraciones. Como resultado, como se ilustra en la Figura 12, se puede observar un punto de inflexión 1297 en la curva de descarga 1296. En al menos algunas realizaciones, este punto de inflexión 1297 se puede utilizar para estimar la cantidad de adicional en el catolito. La figura 13 es una realización de un método para determinar el AOS utilizando la curva de descarga. En el paso 1374, se mide la tasa de descarga durante la descarga inicial. En el paso 1376, se determina un punto de inflexión en la descarga de voltaje y se mide un voltaje de circuito abierto. En el paso 1378, el voltaje de circuito abierto después del punto de inflexión se puede utilizar para estimar la concentración adicional del par electroquímico activo (aquí, ) utilizando la ecuación de Nernst. En al menos algunas realizaciones, el punto final de descarga se selecciona para que sea el punto en el que no hay más del 1%, 5% o 10% de iones (del cromo total) en el anolito. En el paso 1380, el AOS se puede determinar a partir de la concentración estimada y los volúmenes conocidos de los electrolitos. Este es el proceso inverso del método descrito anteriormente ilustrado en la Figura 10.
[0197] En al menos algunas realizaciones, los métodos de determinación de AOS descritos anteriormente e ilustrados utilizando las Figuras 9 a 13 se pueden realizarin situutilizando las semiceldas 106, 108, el anolito 112, el catolito 114, otros elementos del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 o elementos del sistema de equilibrio 500. En otras realizaciones, los métodos para determinar AOS pueden incluir hacer fluir una porción del anolito 112 o catolito 114 o ambos hacia una o más semiceldas adicionales para realizar mediciones. En otras realizaciones más, los métodos para determinar AOS pueden incluir la eliminación de porciones del anolito 112 o del catolito 114 o ambos y realizar mediciones externas al sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100.
[0199] En al menos algunas realizaciones, el AOS determinado se puede utilizar para estimar la cantidad de hidrógeno generado o la producción de otros productos secundarios. En al menos algunas realizaciones, la determinación del AOS en las Figuras 10, 11 y 13 puede ir seguida del funcionamiento de un dispositivo de equilibrio, como se describió anteriormente, para reequilibrar el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) y restablecer el AOS. Dicho funcionamiento puede incluir, por ejemplo, la determinación de una cantidad del reductor 563 que se añadirá al electrolito de equilibrio 562.
[0201] Para un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) determinado, existe una relación fija entre el volumen de electrolito dentro de la pila de baterías y todo el sistema de baterías. El volumen de electrolito dentro de la pila de baterías es siempre mucho menor que el que hay fuera de los tanques de electrolito. Por lo tanto, es mucho más rápido cargar y descargar el electrolito dentro de la pila que cargar y descargar el electrolito en todo el sistema. La solución para una medición rápida de la capacidad disponible de la batería de flujo de reducciónoxidación (redox) es la carga o descarga del electrolito en la pila únicamente sin flujo de electrolito en una condición de operación determinada y luego convertir el resultado a todo el sistema en función de los parámetros de diseño del sistema.
[0202] A menudo existe el deseo de conocer la energía disponible o la capacidad de almacenamiento, o un cambio en esa energía o capacidad de almacenamiento, de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). Los métodos convencionales para tal determinación incluyen, por ejemplo, tomar muestras del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) para realizar una titulación fuera de línea u otro análisis, medicionesin situde luz ultravioleta-visible (UV-Vis) o medicionesin situde diferencia de potencial contra un electrodo de referencia. Estos métodos pueden ser lentos o inexactos.
[0203] Se ha descubierto que, durante el funcionamiento de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), cuando el material activo se desequilibra, el OCV (voltaje de circuito abierto) final del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) para un conjunto dado de condiciones de descarga cambia. La diferencia en el OCV final tiene una relación directa con su capacidad de almacenamiento o carga utilizable. Además, el OCV final puede tener una relación directa con el AOS. En particular, para un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) dado, con la misma tasa de descarga, existe una relación fiable entre el OCV final y la capacidad de almacenamiento o carga del sistema, o AOS. En ciertas condiciones, como la generación de en el lado del anolito del sistema o la intrusión de en el sistema, las especies activas del sistema se desequilibran. Como resultado, la capacidad de almacenamiento o de carga del sistema disminuye y las reacciones secundarias se aceleran aún más. La relación entre el OCV y la capacidad de almacenamiento o carga del sistema o AOS también cambia.
[0204] A modo de ejemplo, para una realización de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) Fe-Cr, después de cargarse a un OCV de 1,100 V y este descargarse a 33 a 0,60 V, la energía de descarga y el OCV final relacionado se dan en la siguiente tabla.
[0206]
[0209] Como se muestra en esta tabla, el OCV final bajo las mismas condiciones de descarga se puede utilizar como un indicador de la capacidad de almacenamiento o carga disponible del sistema. Por consiguiente, el OCV final también puede utilizarse como indicador del AOS.
[0210] Por lo tanto, en al menos algunas realizaciones, la capacidad de almacenamiento o carga disponible, o el AOS, puede determinarse mediante la descarga total del sistema en unas condiciones dadas, como a una tasa o potencia de descarga preseleccionadas, seguida de la medición del OCV final. Este OCV final puede compararse con una curva de OCV predeterminada; una tabla de consulta predeterminada u otra tabla de calibración, gráfico o similar; o aplicarse a una relación matemática predeterminada para determinar la capacidad de almacenamiento o carga, o el AOS del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0211] En al menos algunas realizaciones, la medición de descarga y OCV final se puede realizar utilizando las semiceldas 106, 108 y los electrodos 102, 104. En al menos algunas realizaciones, se descarga todo el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0212] En un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox), normalmente hay una relación fija entre el volumen de electrolito en la pila de baterías (por ejemplo, semiceldas 106, 108) y todo el sistema. El volumen de electrolito dentro de la pila de baterías suele ser mucho menor que el volumen de los tanques de electrolito 116, 118. De este modo, puede ser mucho más rápido cargar y descargar el electrolito dentro de las semiceldas 106, 108 que cargar y descargar el electrolito en todo el sistema. En consecuencia, en al menos algunas realizaciones, el flujo de los electrolitos (anolito y catolito) se puede detener durante esta determinación de la capacidad de almacenamiento de modo que solo se descargue el electrolito en las semiceldas 106, 108. Normalmente, la medición OCV final de los electrolitos en las semiceldas 106, 108 es indicativa de todo el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) en su conjunto.
[0213] Además, puede ser ventajoso usar una celda con un volumen aún menor que las semiceldas de la pila de baterías (por ejemplo, las semiceldas 106 y 108) para realizar la descarga y la medición del OCV final. En al menos algunas realizaciones , el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) 100 puede incluir una celda OCV 1401 con las semiceldas 1406 y 1408 y los electrodos 1402 y 1404, como se ilustra en la Figura 14. En al menos algunas realizaciones, la celda OCV 1401 puede ser al menos 25%, 30%, 40%, 50%, 60% o 75% más pequeña en volumen que las semiceldas 106, 108 y los electrodos 102, 104. La celda OCV 1401 puede estar en línea con el flujo de electrolitos (anolito y catolito) a través de las semiceldas 106, 108, como ilustrado en la Figura 14. Como alternativa, la celda OCV 1401 puede ubicarse fuera del flujo en línea de los electrolitos a través del dispositivo de distribución de anolito 124 y el dispositivo de distribución de catolito 126 y la celda OCV 1401 puede llenarse con los electrolitos usando válvulas, interruptores o similares. Puede ser ventajoso tener una celda OCV 1401 relativamente pequeña ya que el proceso de descarga en la celda OCV puede ser más rápido que en las semiceldas 106, 108 (con el flujo de electrolitos detenido), lo que da como resultado una medición más rápida del OCV final y la determinación de la capacidad de almacenamiento. En consecuencia, en al menos algunas realizaciones, el flujo de los electrolitos (anolito y catolito) se puede detener durante esta determinación de la capacidad de almacenamiento de modo que solo se descargue el electrolito en la celda OCV 1401.
[0214] La figura 15 es un diagrama de flujo de una realización de un método para determinar la capacidad de almacenamiento o carga o AOS de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En el paso 1574, el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) se descarga a una tasa de descarga preseleccionada. En al menos algunas realizaciones, la tasa de descarga real varía con respecto a la tasa de descarga predeterminada en no más de 1, 5, o 10%. En al menos algunas realizaciones, la descarga es una autodescarga del sistema de batería de flujo de redacción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, el punto de descarga final es cuando la cantidad de iones en el anolito no es más del 1%, 5% o 10% del cromo total. Se pueden utilizar otros puntos de descarga final.
[0215] En el paso 1576, después de la descarga, se mide el OCV final. En el paso 1578, el OCV final medido se compara con una curva de OCV predeterminada; una tabla de consulta predeterminada u otra tabla de calibración, gráfico o similar; o se aplica a una relación matemática predeterminada que relaciona el OCV final con concentraciones de una o más especies activas, la capacidad de almacenamiento o carga, o el AOS del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, una curva OCV final predeterminada; una tabla de consulta predeterminada u otra tabla de calibración, gráfico o similar; o aplicada a una relación matemática predeterminada se obtiene midiendo experimentalmente el OCV final, utilizando la tasa de descarga preseleccionada, de sistemas de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) con diferentes valores de concentraciones de una o más especies activas, capacidad de almacenamiento o carga, o AOS.
[0216] En el paso opcional 1580, cuando se determinan las concentraciones de una o más especies activas o la capacidad de almacenamiento o carga en el paso 1578, las concentraciones de una o más especies activas o la capacidad de almacenamiento o carga se pueden utilizar para determinar el AOS utilizando los volúmenes de electrolitos.
[0217] En al menos algunas realizaciones, cuando se determina la capacidad de almacenamiento o carga o AOS e indica que el sistema está desequilibrado, se puede emplear cualquiera de las técnicas descritas anteriormente para reequilibrar el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0218] El AOS también puede determinarse mediante otras mediciones de OCV. La Figura 16 muestra un diagrama de flujo de una realización de un método para determinar el AOS de un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En el paso 1680, se mide el OCV de un sistema de batería de flujo de reducción (redox). En el paso 1682, se realizan uno o ambos de los siguientes procedimientos: a) se mide una cantidad de una especie iónica de hierro (por ejemplo, o ) en el catolito; o b) se mide una cantidad de una especie iónica de cromo (por ejemplo, o ) en el anolito. Se reconocerá que en este paso se puede utilizar la medición de otras especies iónicas en el anolito o en el catolito (o en otros tipos de sistemas de baterías de flujo de reducción-oxidación (redox)). En al menos algunas realizaciones, las dos semiceldas utilizadas para medir la cantidad de una especie iónica de hierro o una especie iónica de cromo pueden ser parte de la pila de baterías del sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox), como las semiceldas 106, 108. En otras realizaciones, las dos semiceldas no forman parte de la pila de baterías, pero pueden ser, por ejemplo, la celda OCV 1401 de la Figura 14. En al menos algunas realizaciones, la medición se realiza sin flujo de electrolito en el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox). En al menos algunas realizaciones, el flujo del electrolito que es objeto de la medición se detiene mientras se mantiene el flujo del otro electrolito para facilitar la titulación completa de las especies iónicas que se están midiendo. En al menos algunas realizaciones, la medición de la especie iónica de hierro o la especie iónica de cromo puede utilizar el dispositivo de equilibrio 500 de la Figura 5A y los pasos de medición pueden incluir la reducción de la especie iónica de hierro o la especie iónica de cromo y la oxidación de iones de vanadio seguida de la regeneración de los iones de vanadio mediante la reducción de los iones de dioxovanadio utilizando un reductor, como se describió anteriormente. En al menos algunas realizaciones, la medición de una especie iónica de hierro o de una especie iónica de cromo se puede realizar fuera de línea oin situ.
[0219] En el paso 1684, el AOS se determina utilizando i) la cantidad medida de la especie iónica de hierro, la cantidad medida de la especie iónica de cromo o las cantidades medidas tanto de la especie iónica de hierro como de la especie iónica de cromo; ii) el OCV medido; y iii) una relación entre la cantidad o concentración de la especie iónica de hierro o de la especie iónica de cromo en el catolito o anolito, respectivamente, y el OCV. En al menos algunas realizaciones, el AOS puede determinarse a partir de una curva de OCV predeterminada, una tabla de consulta, una tabla de calibración o una relación matemática que relaciona el OCV con uno de los siguientes: una concentración o cantidad de una especie iónica de hierro, una concentración o cantidad de una especie iónica de cromo, o concentraciones o cantidades tanto de una especie iónica de hierro como de una especie iónica de cromo.
[0220] En al menos algunas realizaciones, la curva OCV predeterminada, la tabla de consulta, la tabla de calibración o la relación matemática pueden ser una relación entre el OCV y las especies iónicas medidas o calculadas para un sistema equilibrado. El OCV medido puede proporcionar una concentración o cantidad esperada de esa especie iónica. La diferencia entre 1) la concentración o cantidad esperada de la especie iónica medida versus 2) la concentración o cantidad medida de la especie iónica se puede utilizar para determinar el AOS.
[0221] En al menos algunas realizaciones, la curva OCV predeterminada; una tabla de consulta predeterminada u otra tabla de calibración, gráfico o similar; o aplicada a una relación matemática predeterminada se obtiene midiendo experimentalmente el OCV para diferentes cantidades o concentraciones de las especies iónicas seleccionadas en un sistema equilibrado.
[0222] En al menos algunas realizaciones, cuando se determina el AOS e indica que el sistema está desequilibrado, se puede emplear cualquiera de las técnicas descritas anteriormente para reequilibrar el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
[0223] La especificación anterior proporciona una descripción de la fabricación y el uso de la invención. El alcance de la invención se define en las reivindicaciones adjuntas a continuación.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES
1. Un sistema que comprende
un sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) (100) que comprende
un anolito (112) que comprende un compuesto que contiene cromo disuelto en disolvente, un catolito (114) que comprende un compuesto que contiene hierro disuelto en disolvente, una primera semicelda (106) que comprende un primer electrodo (102) en contacto con el anolito,
una segunda semicelda (108) que comprende un segundo electrodo (104) en contacto con el catolito, y
un primer separador (110) que separa la primera semicelda de la segunda semicelda, y un dispositivo de equilibrio (500, 500’, 500’’) que comprende
un electrolito de equilibrio (562) que comprende iones de vanadio en solución,
una tercera semicelda (558, 588) que comprende un tercer electrodo (554) en contacto con el anolito o el catolito,
una cuarta semicelda (556) que comprende un cuarto electrodo (552) en contacto con el electrolito de equilibrio, y
un reductor (563) en el electrolito de equilibrio o introducible en el electrolito de equilibrio para reducir los iones de dioxovanadio.
2. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además un segundo separador (560) que separa la tercera semicelda de la cuarta semicelda.
3. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende además una fuente de potencial (561) acoplada o acoplable al tercer y cuarto electrodo para proporcionar un potencial entre el tercer y cuarto electrodo.
4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además
un electrolito intermedio que comprende cualquier combinación de a) iones
o b) iones y ;
una quinta semicelda (586) que comprende un quinto electrodo en contacto con un electrolito intermedio, un segundo separador entre la tercera semicelda y la quinta semicelda,
una sexta semicelda (558) que comprende un sexto electrodo en contacto con el electrolito intermedio, y un tercer separador entre la cuarta semicelda y la sexta semicelda.
5. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el reductor comprende un compuesto orgánico.
6. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el reductor comprende un azúcar, ácido carboxílico, aldehído o alcohol.
7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el reductor comprende fructosa, glucosa o sacarosa.
8. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el sistema está configurado para operar el dispositivo de equilibrio de manera continua durante el funcionamiento del sistema de batería de flujo de reducciónoxidación (redox).
9. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el sistema está configurado para operar el dispositivo de equilibrio de manera intermitente o periódica durante el funcionamiento del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
10. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el sistema está configurado para operar el dispositivo de equilibrio independientemente del sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox).
11. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el dispositivo de equilibrio y el sistema de batería de flujo de reducción-oxidación (redox) están integrados y utilizan al menos un componente común.
12. Un método para operar el sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, el método comprende:
oxidar los iones de vanadio en el electrolito de equilibrio a iones de dioxovanadio para producir iones de hidrógeno; y
regenerar los iones de vanadio mediante la reducción de los iones de dioxovanadio utilizando el reductor.
13. El método de la reivindicación 12, en donde la regeneración de los iones de vanadio comprende añadir el reductor a un tanque de equilibrio (562) del dispositivo de equilibrio, en donde el tanque de equilibrio contiene una porción del electrolito de equilibrio.
14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 o 13, en donde la regeneración de los iones de vanadio comprende añadir el reductor de manera intermitente o periódica al electrolito de equilibrio.
15. El método de la reivindicación 12, en donde la regeneración de los iones de vanadio comprende eliminar al menos una porción del electrolito de equilibrio del dispositivo de equilibrio;
introducir el reductor en la porción eliminada del electrolito de equilibrio; y
devolver la porción eliminada del electrolito de equilibrio al dispositivo de equilibrio.
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US16/824,027 US11201345B2 (en) 2019-05-20 2020-03-19 Fe—Cr redox flow battery systems and methods of manufacture and operation
US16/824,119 US10826102B1 (en) 2019-05-20 2020-03-19 Redox flow battery systems including a balance arrangement and methods of manufacture and operation
US16/824,073 US11233263B2 (en) 2019-05-20 2020-03-19 Redox flow battery systems and methods of manufacture and operation and reduction of metallic impurities
US16/824,195 US10777836B1 (en) 2019-05-20 2020-03-19 Fe—Cr redox flow battery systems including a balance arrangement and methods of manufacture and operation
US16/824,144 US11626607B2 (en) 2019-05-20 2020-03-19 Methods and systems for determining average oxidation state of redox flow battery systems
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11552351B2 (en) * 2018-04-04 2023-01-10 The Chinese University Of Hong Kong Electrical cells and batteries, method for manufacturing the same and method for improving the performances of electrical cells and batteries
WO2020106549A1 (en) * 2018-11-20 2020-05-28 Ess Tech, Inc. Electrolyte health management for redox flow battery
US11201345B2 (en) 2019-05-20 2021-12-14 Creek Channel Inc. Fe—Cr redox flow battery systems and methods of manufacture and operation
US11735756B2 (en) * 2020-11-16 2023-08-22 Cougar Creek Technologies, Llc Redox flow battery systems and methods utilizing a temporal energy profile
US20230411662A1 (en) * 2020-11-30 2023-12-21 Cmblu Energy Ag Electrolyte Regeneration for Organic Redox Flow Batteries Based on Water-Soluble Phenzaine-Based Compounds
EP4252296A1 (en) * 2020-11-30 2023-10-04 CMBlu Energy AG Electrolyte regeneration for redox flow batteries based on ferrocyanide and/or ferricyanide salts
CN113270624B (zh) * 2021-04-14 2022-03-22 上海交通大学 具备催化剂管理与电解液容量再平衡的液流电池子系统
AU2022339728A1 (en) * 2021-09-03 2024-02-01 Storion Energy Llc Determining state of charge, molarity and oxidation state in a flow battery and controlling a flow battery
CN116417643A (zh) * 2021-12-29 2023-07-11 湖南省银峰新能源有限公司 一种液流电池电解液在线修复装置和方法
CN114824369B (zh) * 2022-05-12 2024-03-26 北京化工大学 一种全铁液流电池的电解液再平衡方法
US20240039025A1 (en) * 2022-07-28 2024-02-01 Uop Llc Rebalancing methods and systems for redox flow batteries
EP4345954A1 (en) * 2022-09-14 2024-04-03 ESS Tech, Inc. Electrolyte flow field for rebalancing cell of redox flow battery system
CN115642278A (zh) * 2022-09-15 2023-01-24 大连融科储能集团股份有限公司 一种钒铬电解液、其制备方法及由其构成的液流电池
KR20240103562A (ko) * 2022-12-27 2024-07-04 스탠다드에너지(주) 바나듐 기반 배터리의 표준상태 진입 방법 및 장치
DE102023111699A1 (de) * 2023-05-05 2024-11-07 Liva Power Management Systems Gmbh Redox-Flow-Batterie-System und Verfahren zum Betrieb
AU2024204427B2 (en) * 2023-07-10 2026-04-09 Storion Energy Llc System and Method for On-Site VRFB Electrolyte Purification
CN118099495B (zh) * 2023-09-28 2024-10-25 斯瑞尔环境科技股份有限公司 一种三氯化铁浸出碳素铬铁制备铁铬电解液的方法
KR20250107606A (ko) * 2024-01-05 2025-07-14 스탠다드에너지(주) 바나듐 이온 함유 전해액의 처리 방법 및 장치
KR20250107607A (ko) * 2024-01-05 2025-07-14 스탠다드에너지(주) 바나듐 이온 함유 전해액의 처리 방법 및 장치
WO2025221949A1 (en) * 2024-04-17 2025-10-23 Still Bright, Inc. Systems and methods for a vanadium (ii) generating electrolyzer
CN120999063B (zh) * 2025-10-22 2026-01-06 液流储能科技有限公司 一种盐酸基钒铁铬电解液及其制备方法和液流电池

Family Cites Families (95)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3996064A (en) 1975-08-22 1976-12-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Electrically rechargeable REDOX flow cell
US4159366A (en) 1978-06-09 1979-06-26 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Electrochemical cell for rebalancing redox flow system
US4270984A (en) 1978-11-29 1981-06-02 Nasa Catalyst surfaces for the chromous/chromic REDOX couple
US4192910A (en) 1978-11-29 1980-03-11 Nasa Catalyst surfaces for the chromous/chromic redox couple
US4485154A (en) 1981-09-08 1984-11-27 Institute Of Gas Technology Electrically rechargeable anionically active reduction-oxidation electrical storage-supply system
US4454649A (en) 1982-02-26 1984-06-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Chromium electrodes for REDOX cells
US4543302A (en) 1984-08-20 1985-09-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Negative electrode catalyst for the iron chromium REDOX energy storage system
US4576878A (en) 1985-06-25 1986-03-18 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus for rebalancing a redox flow cell system
US4732827A (en) 1985-07-05 1988-03-22 Japan Metals And Chemical Co., Ltd. Process for producing electrolyte for redox cell
US4786567A (en) 1986-02-11 1988-11-22 Unisearch Limited All-vanadium redox battery
JPS62216176A (ja) 1986-03-15 1987-09-22 Agency Of Ind Science & Technol レドツクス電池用電解液
ES2029707T3 (es) 1987-10-23 1992-09-01 Siemens Aktiengesellschaft Bateria redox
JPH0679491B2 (ja) 1988-02-04 1994-10-05 千代田化工建設株式会社 レドックスフロー電池電解液の調製方法
JP2649700B2 (ja) 1988-06-03 1997-09-03 関西電力株式会社 レドックスフロー電池の電解液再生装置
JP2917304B2 (ja) * 1989-07-31 1999-07-12 住友電気工業株式会社 電解液再生装置付レドックスフロー電池
US6770483B2 (en) 2000-12-15 2004-08-03 Irving Lyon Determination of multi-valent metal contamination and system for removal of multi-valent metal contaminants from water
AUPR722101A0 (en) 2001-08-24 2001-09-13 Skyllas-Kazacos, Maria Vanadium chloride/polyhalide redox flow battery
AU2003901763A0 (en) 2003-04-14 2003-05-01 Michael Kazacos Novel bromide redox flow cells and batteries
DK1905117T3 (da) * 2005-06-20 2019-08-19 Newsouth Innovations Pty Ltd Forbedrede perfluorerede membraner og forbedrede elektrolytter til redoxceller og batterier
US7820312B2 (en) 2006-03-31 2010-10-26 Honeywell International Inc. Variable power micro power generator
US7855005B2 (en) 2007-02-12 2010-12-21 Deeya Energy, Inc. Apparatus and methods of determination of state of charge in a redox flow battery
US8587150B2 (en) 2008-02-28 2013-11-19 Deeya Energy, Inc. Method and modular system for charging a battery
US7927731B2 (en) 2008-07-01 2011-04-19 Deeya Energy, Inc. Redox flow cell
US7820321B2 (en) 2008-07-07 2010-10-26 Enervault Corporation Redox flow battery system for distributed energy storage
US8785023B2 (en) 2008-07-07 2014-07-22 Enervault Corparation Cascade redox flow battery systems
US8230736B2 (en) 2008-10-10 2012-07-31 Deeya Energy, Inc. Level sensor for conductive liquids
EP2351184A4 (en) 2008-10-10 2014-07-09 Deeya Energy Technologies Inc METHOD AND APPARATUS FOR ESTABLISHING BATTERY CHARGE STATUS
CN102246338B (zh) 2008-10-10 2014-06-11 迪亚能源股份有限公司 液流电池元电池的热控制
US8236463B2 (en) 2008-10-10 2012-08-07 Deeya Energy, Inc. Magnetic current collector
WO2010065938A1 (en) 2008-12-05 2010-06-10 Deeya Energy Technologies, Inc. Preparation of electrolytes for redox flow batteries
US8349477B2 (en) 2009-05-28 2013-01-08 Deeya Energy, Inc. Optical leak detection sensor
CN102460811B (zh) 2009-05-28 2015-11-25 艾默吉电力系统股份有限公司 氧化还原流通单元电池再平衡
CN102460812B (zh) 2009-05-28 2014-12-31 艾默吉电力系统股份有限公司 由原料制备流通电池电解质
EP2436080A2 (en) 2009-05-28 2012-04-04 Deeya Energy, Inc. Electrolyte compositions
US8587255B2 (en) 2009-05-28 2013-11-19 Deeya Energy, Inc. Control system for a flow cell battery
CN102460810B (zh) 2009-05-29 2016-03-16 艾默吉电力系统股份有限公司 用于液流电池组的控制系统
US8551299B2 (en) 2009-05-29 2013-10-08 Deeya Energy, Inc. Methods of producing hydrochloric acid from hydrogen gas and chlorine gas
US8951665B2 (en) 2010-03-10 2015-02-10 Imergy Power Systems, Inc. Methods for the preparation of electrolytes for chromium-iron redox flow batteries
GB201015859D0 (en) 2010-09-21 2010-10-27 Imp Innovations Ltd Regenerative fuel cells
US8628880B2 (en) 2010-09-28 2014-01-14 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries based on supporting solutions containing chloride
US9960443B2 (en) 2010-09-28 2018-05-01 Battelle Memorial Institute Redox flow batteries having multiple electroactive elements
US8771856B2 (en) 2010-09-28 2014-07-08 Battelle Memorial Institute Fe-V redox flow batteries
US8541121B2 (en) 2011-01-13 2013-09-24 Deeya Energy, Inc. Quenching system
WO2012097340A1 (en) 2011-01-13 2012-07-19 Deeya Energy, Inc. Flow battery start-up and recovery management
US9106980B2 (en) 2011-01-13 2015-08-11 Imergy Power Systems, Inc. Communications system
US8609270B2 (en) 2011-03-25 2013-12-17 Battelle Memorial Institute Iron-sulfide redox flow batteries
US8980484B2 (en) 2011-03-29 2015-03-17 Enervault Corporation Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
US8916281B2 (en) 2011-03-29 2014-12-23 Enervault Corporation Rebalancing electrolytes in redox flow battery systems
JP2014532284A (ja) 2011-10-14 2014-12-04 ディーヤ エナジー，インコーポレーテッド バナジウムフローセル
US9231268B2 (en) * 2011-12-20 2016-01-05 United Technologies Corporation Flow battery system with standby mode
US9130218B2 (en) 2012-04-04 2015-09-08 Battelle Memorial Institute Hybrid energy storage systems utilizing redox active organic compounds
US20130316199A1 (en) * 2012-05-25 2013-11-28 Deeya Energy, Inc. Electrochemical balance in a vanadium flow battery
US20140027301A1 (en) 2012-07-26 2014-01-30 Ohio University Selective reductive electrowinning apparatus and method
KR20140046772A (ko) 2012-10-11 2014-04-21 한국과학기술원 레독스 흐름전지용 분리판 및 상기 분리판을 포함한 레독스 흐름전지
US9236620B2 (en) * 2012-11-05 2016-01-12 Battelle Memorial Institute Composite separators and redox flow batteries based on porous separators
US8993183B2 (en) 2012-12-31 2015-03-31 Enervault Corporation Operating a redox flow battery with a negative electrolyte imbalance
US8980454B2 (en) 2013-03-15 2015-03-17 Enervault Corporation Systems and methods for rebalancing redox flow battery electrolytes
US9153832B2 (en) 2013-03-15 2015-10-06 Unienergy Technologies, Llc Electrochemical cell stack having a protective flow channel
US10044058B2 (en) 2013-03-15 2018-08-07 United Technologies Corporation Reactivation of flow battery electrode by exposure to oxidizing solution
KR20160079049A (ko) 2013-11-01 2016-07-05 록히드 마틴 어드밴스드 에너지 스토리지, 엘엘씨 에너지 저장 장치에서 전해질 충전상태의 균형을 위한 구동식 전기화학 셀
JP6271742B2 (ja) 2013-12-23 2018-01-31 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションＵｎｉｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ フローバッテリにおける電解質の分配
US9846116B2 (en) 2014-04-21 2017-12-19 Unienergy Technologies, Llc Methods for determining and/or adjusting redox-active element concentrations in redox flow batteries
US10333159B2 (en) 2014-07-07 2019-06-25 Unienergy Technologies, Llc Charge capacity management in redox flow battery string
PT107816A (pt) 2014-07-31 2016-02-01 Inst Superior Tecnico Processo simplificado de preparação de eletrólito para pilha redox de vanádio
EP3176862B1 (en) 2014-08-01 2019-03-20 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Electrolyte for redox flow battery and redox flow battery system
EP3246720B1 (en) 2014-11-03 2019-09-18 Dalian Rongke Power Co., Ltd. Method and system for determining the state of charge of flow battery system
DE102015205228A1 (de) 2015-03-23 2016-09-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum bestimmen eines referenzenergieprofils und vorrichtung zum formieren einer batterie
EP3284129B1 (en) 2015-04-14 2020-09-16 Lockheed Martin Energy, LLC Flow battery balancing cells having a bipolar membrane for simultaneous modification of a negative electrolyte solution and a positive electrolyte solution
JPWO2016189970A1 (ja) * 2015-05-27 2018-03-15 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池
CN105702997A (zh) 2016-04-11 2016-06-22 苏州久润能源科技有限公司 一种液流电池再平衡系统与液流电池系统以及液流电池循环容量再平衡的方法
US10347925B2 (en) 2016-04-29 2019-07-09 Lockheed Martin Energy, Llc Three-chamber electrochemical balancing cells for simultaneous modification of state of charge and acidity within a flow battery
US10934258B2 (en) 2016-07-25 2021-03-02 Utah State University Materials for use in an aqueous organic redox flow battery
GB201615097D0 (en) * 2016-09-06 2016-10-19 Redt Ltd (Dublin Ireland) Improvements in redox flow batteries
US10333164B2 (en) 2016-10-07 2019-06-25 Vionx Energy Corporation Electrochemical-based purification of electrolyte solutions, and related systems and methods
KR20190077241A (ko) * 2016-11-16 2019-07-03 스미토모덴키고교가부시키가이샤 셀 프레임, 셀 스택, 및 레독스 플로우 전지
EP3553858A4 (en) * 2016-12-08 2020-01-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. FRAME BODY, CELL FRAME, CELL STACK AND REDOX FLOW BATTERY
US10135087B2 (en) 2016-12-09 2018-11-20 Unienergy Technologies, Llc Matching state of charge in a string
WO2018112396A1 (en) 2016-12-16 2018-06-21 Lockheed Martin Advanced Energy Storage, Llc Flow batteries incorporating a nitroxide compound within an aqueous electrolyte solution
JP6882471B2 (ja) 2017-02-10 2021-06-02 エルジー・ケム・リミテッド フローバッテリの電解液再生方法および再生装置
WO2018145720A1 (en) 2017-02-10 2018-08-16 Cmblu Projekt Ag Flow-by electrode unit and use thereof, redox flow battery system and use thereof, method of manufacturing a flow-by electrode unit, method of operating a redox flow battery system
US10461352B2 (en) 2017-03-21 2019-10-29 Lockheed Martin Energy, Llc Concentration management in flow battery systems using an electrochemical balancing cell
EP3593394A4 (en) * 2017-04-28 2021-02-17 ESS Tech, Inc. METHODS AND SYSTEMS FOR BALANCING ELECTROLYTES FOR A REDOX FLOW BATTERY SYSTEM
CN111937203A (zh) 2017-12-19 2020-11-13 寰宇能源公司 液流电池系统
US11648506B2 (en) 2018-02-07 2023-05-16 Palo Alto Research Center Incorporated Electrochemical desalination system
CN108511778B (zh) 2018-03-15 2021-05-14 上海晶璇企业管理咨询有限公司 一种铁-铬液流电池和电解质溶液及配制设备及配制方法
EP3815167A4 (en) 2018-06-29 2022-03-16 Form Energy, Inc. ELECTROCHEMICAL CELL BASED ON AQUEOUS POLYSULFIDE
CN112740449A (zh) 2018-08-10 2021-04-30 Ess技术有限公司 用于通过卷对卷工艺制造氧化还原液流电池系统的方法和系统
CN109713350A (zh) * 2018-12-26 2019-05-03 湖南钒谷新能源技术有限公司 自带电解池的钒电池系统及钒电池液的再平衡方法
AU2020240320A1 (en) 2019-03-20 2021-11-11 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Electrochemical storage devices comprising chelated metals
US11201345B2 (en) 2019-05-20 2021-12-14 Creek Channel Inc. Fe—Cr redox flow battery systems and methods of manufacture and operation
US11415552B2 (en) 2019-06-19 2022-08-16 Battelle Memorial Institute In operando, non-invasive state-of-charge monitoring for redox flow batteries
US11189855B1 (en) 2020-04-22 2021-11-30 Apple Inc. Redox mediators as electrolyte additives for alkaline battery cells
US11735756B2 (en) 2020-11-16 2023-08-22 Cougar Creek Technologies, Llc Redox flow battery systems and methods utilizing a temporal energy profile
AU2022311848A1 (en) * 2021-07-13 2024-02-01 Ess Tech, Inc. Rebalancing cell for redox flow battery system
US20230282861A1 (en) 2022-03-07 2023-09-07 Cougar Creek Technologies, Llc Redox flow battery systems and methods of making and using

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022535691A (ja) 2022-08-10
US11626607B2 (en) 2023-04-11
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US20200373602A1 (en) 2020-11-26
US11201345B2 (en) 2021-12-14
US20200373595A1 (en) 2020-11-26
AU2020279121A1 (en) 2021-11-18

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