JP2018517236A - バイポーラ膜を有するフロー電池用バランシングセル及びその使用法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】このような寄生反応の影響に対処するように構成された電気化学的バランシングセルは、第1の電極を収容する第1のチャンバと、第2の電極を収容する第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に配置される第3のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第3のチャンバとの間の第1の界面を形成するイオン選択膜と、前記第2のチャンバと前記第3のチャンバとの間の第2の界面を形成するバイポーラ膜と、を備え得る。そのような電気化学的バランシングセルは、フロー電池の少なくとも1つの半電池と流体連通するように配置することができる。
【選択図】図3A
Description
本出願は、米国特許法第119条に基づき、2015年4月14日に出願した米国特許仮出願第62/147,034号の優先権の利益を主張するものであり、そのすべての内容は参照することにより本出願に組み込まれる。
該当なし。
DgM(L1)(L2)(L3)
式中、Mは遷移金属であり、Dはアンモニウム、テトラアルキルアンモニウム(C1−C4アルキル)、又はアルカリ金属イオン(例えば、Li+、Na+又はK+)であり、gは1〜6の範囲をとり、L1、L2、及びL3は配位子である。より特定的な実施形態においては、L1、L2及びL3の少なくとも1つを、カテコラート配位子又は置換カテコラート配位子とすることができる。他の実施形態では、L1、L2及びL3のいずれもがカテコラート配位子又は置換カテコラート配位子であってよい。
エネルギー密度=(26.8A−h/mol)×OCV×[e−] (1)
式中、OCVは50%の充電状態での開路電位であり、(26.8A−h/mol)はファラデー定数であり、[e−]は99%の充電状態で活物質に貯蔵される電子の濃度である。正の電解液及び負の電解液の活物質がいずれも原子種又は分子種を主に含む場合、[e−]は以下の式2によって計算することができる。
[e−]=[活物質]×N/2 (2)
式中、[活物質]は負の電解液又は正の電解液の活物質のモル濃度のうちいずれか低い方であり、Nは活物質1分子当たりの移動電子の数である。関連用語の「電荷密度(charge density)」は、各電解液が含有する電荷の総量を指す。所与の電解液について、電荷密度は以下の式3によって計算することができる。
電荷密度=(26.8A−h/mol)×[活物質]×N (3)
式中、[活物質]及びNは上記で定めた通りである。
Veff,RT=Vdischarge/Vcharge×100% (4)
Claims (23)
- 第1の電極を収容する第1のチャンバと、
第2の電極を収容する第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に配置される第3のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第3のチャンバとの間の第1の界面を形成するイオン選択膜と、
前記第2のチャンバと前記第3のチャンバとの間の第2の界面を形成するバイポーラ膜と、
を備える電気化学的バランシングセル。 - 前記イオン選択膜がカチオン交換材料を含む、請求項1に記載の電気化学的バランシングセル。
- 前記カチオン交換材料が過フッ素化スルホン化ポリマーを含む、請求項2に記載の電気化学的バランシングセル。
- 前記第1の電極が負極であり、前記第2の電極が正極である、請求項1に記載の電気化学的バランシングセル。
- 前記第1の電極が正極であり、前記第2の電極が負極である、請求項1に記載の電気化学的バランシングセル。
- 前記第1のチャンバ、前記第2のチャンバ及び前記第3のチャンバのうち少なくとも1つが水系電解液を収容する、請求項1に記載の電気化学的バランシングセル。
- 第1の電解液を含む第1の半電池と、
第2の電解液を含む第2の半電池と
を備えるフロー電池システムであって、
第1の電極を収容する第1のチャンバと、
第2の電極を収容する第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に配置される第3のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第3のチャンバとの間の第1の界面を形成するイオン選択膜と、
前記第2のチャンバと前記第3のチャンバとの間の第2の界面を形成するバイポーラ膜と、
を備える電気化学的バランシングセルと、前記第1の半電池及び前記第2の半電池のうち少なくとも一方と、が流体連通しているフロー電池システム。 - 前記イオン選択膜がカチオン交換材料を含む、請求項7に記載のフロー電池システム。
- 前記第1の電極が負極であり、前記第2の電極が正極である、請求項7に記載のフロー電池システム。
- 前記第1の半電池又は前記第2の半電池のいずれか一方が、前記第1のチャンバ及び前記第2のチャンバの両方と流体連通し、
前記第3のチャンバが水系電解液を収容する、請求項9に記載のフロー電池システム。 - 前記第1の半電池又は前記第2の半電池のいずれか一方が、前記第3のチャンバと流体連通し、
前記第1のチャンバ及び前記第2のチャンバがそれぞれ独立に水又は水溶液を収容する、請求項9に記載のフロー電池システム。 - 前記第1の電解液及び前記第2の電解液のうち少なくとも一方が水系電解液を含む、請求項7に記載のフロー電池システム。
- 前記第1の電解液及び前記第2の電解液のうち少なくとも一方が、活物質として配位錯体を含む、請求項7に記載のフロー電池システム。
- 第1の電極を収容する第1のチャンバと、
第2の電極を収容する第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に配置される第3のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第3のチャンバとの間の第1の界面を形成するイオン選択膜と、
前記第2のチャンバと前記第3のチャンバとの間の第2の界面を形成するバイポーラ膜と、
を備える電気化学的バランシングセルを設けることと、
第1の活物質を含有する第1の電解液を前記第3のチャンバに導入することと、
水又は水溶液を前記第1のチャンバ及び前記第2のチャンバにそれぞれ独立に導入することと、
前記第2の電極を正極とし、前記第1の電極を負極として、前記電気化学的バランシングセル内に電流を誘起するように、前記電気化学的バランシングセルに電位を印加することと、
前記バイポーラ膜において、水をプロトンと水酸化物イオンとに変化させることと
を含む方法であって、
ここで、前記プロトンが前記第3のチャンバ内の前記第1の電解液に移動し、前記水酸化物イオンが前記第2のチャンバ内の前記水又は水溶液に移動する、方法。 - 前記電気化学的バランシングセルを、フロー電池の少なくとも1つの半電池と流体連通するように配置することと、
前記第1の電解液を前記電気化学的バランシングセルと前記フロー電池との間で移動させることと
をさらに含む、請求項14に記載の方法。 - 前記第1の電解液を、前記フロー電池の負の半電池に移動させる、請求項15に記載の方法。
- 前記第1の電解液を、前記フロー電池の正の半電池に移動させる、請求項15に記載の方法。
- 前記第1の電解液として水溶液が含まれる、請求項15に記載の方法。
- 第1の電極を収容する第1のチャンバと、
第2の電極を収容する第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に配置される第3のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第3のチャンバとの間の第1の界面を形成するイオン選択膜と、
前記第2のチャンバと前記第3のチャンバとの間の第2の界面を形成するバイポーラ膜と、
を備える電気化学的バランシングセルを設けることと、
第1の活物質を含有する第1の電解液を前記第1のチャンバ及び前記第2のチャンバに導入することと、
水系電解液を前記第3のチャンバに導入することと、
前記第2の電極を正極とし、前記第1の電極を負極として、前記電気化学的バランシングセル内に電流を誘起するように、前記電気化学的バランシングセルに電位を印加することと、
前記バイポーラ膜において、水をプロトンと水酸化物イオンとに変化させることと
を含む方法であって、
ここで、前記プロトンが前記第3のチャンバ内の前記水系電解液に移動し、前記水酸化物イオンが前記第2のチャンバ内の前記第1の電解液に移動する、方法。 - 前記電気化学的バランシングセルを、フロー電池の少なくとも1つの半電池と流体連通するように配置することと、
前記第1の電解液を前記電気化学的バランシングセルと前記フロー電池との間で移動させることと
をさらに含む、請求項19に記載の方法。 - 前記第1の電解液を、前記フロー電池の負の半電池に移動させる、請求項20に記載の方法。
- 前記第1の電解液を、前記フロー電池の正の半電池に移動させる、請求項20に記載の方法。
- 前記第1の電解液として水溶液が含まれる、請求項20に記載の方法。
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