JP2024520911A - レドックス・フロー・バッテリ・システムの電極アセンブリおよび方法 - Google Patents
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Abstract
レドックス・フロー・バッテリ・システムの電極アセンブリを組み立てて動作させるためのシステムおよび方法が提供される。１つの例では、電極アセンブリは可膨張式筐体を含んでよく、可膨張式筐体内に負極スペーサおよび正極が配置されてよく、可膨張式筐体は、レドックス・フロー・バッテリ・システムの動作中に加えられた内圧に応答して膨張してよい。一部の例では、電極アセンブリは、ロールツーロール処理によって組み立てられてよく、同様の構成の電極アセンブリに機械的かつ流体的に結合されてよい。このようにして、電極アセンブリ製造のための成形に基づく工程に対して、公差の積み重ねが減少し、加工が簡略化され、コストが低減され得る。【選択図】図３
Description
関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年５月１１日に出願された米国特許仮出願第６３／１８７，３５８号「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＦＯＲ ＲＥＤＯＸ ＦＬＯＷ ＢＡＴＴＥＲＹ ＳＹＳＴＥＭ」に対する優先権を主張する。上で識別された出願の内容全体は、すべての目的で、参照によって本明細書に組み込まれている。
本出願は、２０２１年５月１１日に出願された米国特許仮出願第６３／１８７，３５８号「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＦＯＲ ＲＥＤＯＸ ＦＬＯＷ ＢＡＴＴＥＲＹ ＳＹＳＴＥＭ」に対する優先権を主張する。上で識別された出願の内容全体は、すべての目的で、参照によって本明細書に組み込まれている。
本説明は、一般に、電極アセンブリを組み立てて動作させるためのシステムおよび方法に関連しており、詳細には、レドックス・フロー・バッテリ・システムのためのシステムおよび方法に関連している。
レドックス・フロー・バッテリは、従来のバッテリ技術と比較して、性能損失を低減しながら、電力および容量を独立してスケーリングし、数千サイクルもの充電および放電することができるため、グリッドスケール蓄電の用途に適している。全鉄ハイブリッド・レドックス・フロー・バッテリ（ａｌｌ－ｉｒｏｎ ｈｙｂｒｉｄ ｒｅｄｏｘ ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｙ）は、低コストで豊富に存在する材料の組み込むことができるため、特に魅力的である。一般に、鉄レドックス・フロー・バッテリ（ＩＦＢ：ｉｒｏｎ ｒｅｄｏｘ ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ）は、電解液に鉄、塩、および水を使用するため、単純な豊富に存在する安価な材料を含み、刺激の強い化学物質の組み込みを排除し、環境フットプリントを低減する。
特定のＩＦＢは、レドックス反応が発生する正（レドックス）極、およびめっき反応を介して電解液内の第一鉄（Ｆｅ２＋）が還元されてめっきされる負（めっき）極を含むフロー・セルを含むことがある。レドックス反応およびめっき反応のためのイオンを輸送する電解液は、レドックス反応およびめっき反応のためのイオンを循環させるために、正極および負極を収容している区画を通ることに加えて、過剰な第二鉄（Ｆｅ３＋）を還元し、電解液をリバランスし、その後再び区画に送り込むために、リバランス・セルを通って、送り込まれることがある。一部の実施例では、ＩＦＢは、多くの場合、複雑な流体分配システムを使用して、電解液を送り込み、ＩＦＢを通って循環させる、直列に結合された複数のフロー・セルを含むことがある。
大きい形式のＩＦＢでは、アセンブリ・コンポーネントを製造するために、それに応じて大きい成形ツールが使用されることがある。そのような成形ツールは、高価で特殊であることがあり、アセンブリ・コンポーネントの微調整が望ましい場合に、変更または調整することが困難であることがある。同様に、製造ラインに沿ってアセンブリ・コンポーネントを移動させるために、大きく高価なハンドリング装置が採用されることがある。したがって、成形ツールおよびハンドリング装置だけで、過剰な床面積が占有されることがある。さらに、そのような大きい形式のＩＦＢが、直列に結合された多くのフロー・セルを含む場合、数百個のコンポーネントが積み重ねられ、公差の積み重ねの問題をもたらすことがある。成形ツールを変更することは困難であるため、そのような公差の積み重ねの問題が、成形設定では実質的に不可避であることがある。
１つの例では、前述の問題は、レドックス・フロー・バッテリの電極アセンブリによって対処されてよく、電極アセンブリが、内部容積を少なくとも部分的に取り囲み、内部容積が負極区画および正極区画を含む可膨張式筐体と、負極区画に配置された負極スペーサと、正極区画に配置され正極とを含み、レドックス・フロー・バッテリの動作中に加えられた内圧に応答して、可膨張式筐体が膨張し、電極アセンブリの内部容積を増やしてよい。一部の例では、電極アセンブリは、電極アセンブリのスタックに含まれてよく、電極アセンブリは、可膨張式筐体内に配置された電解液ポートを隣接する電解液アセンブリの電解液ポートに揃えることから形成された共通の流体マニホールドを介して、互いに流体結合される。１つの例では、電解液ポートの各々は電解液分配インサートを含んでよく、電解液分配インサートは、隣接する電解液アセンブリの電解液ポートに含まれている対応する電解液分配インサートと連結し、共通の流体マニホールドを封止してよい。さらに、一部の例では、電極アセンブリは、ロールツーロール処理によって製造されてよく、ロールツーロール処理では、押し出し熱可塑性シートが、互いに溶着され、ロールから切り取られて、可膨張式筐体を形成してよい。そのような例では、電極アセンブリの追加のコンポーネントが、押し出し熱可塑性シートに溶着されるか、またはそのようなロールツーロール処理中に形成された空洞もしくは区画に配置される。このようにして、構造的に安定している柔軟な電極アセンブリが形成されてよく、この電極アセンブリでは、公差の積み重ねが、成形に基づく電極アセンブリ製造工程と相対的に軽減され得る。
上記の要約は、「発明を実施するための形態」においてさらに説明される概念の選択を、簡略化された形で紹介するために提供されているということを理解されたい。上記の要約は、特許請求される主題の重要な特徴または不可欠な特徴を識別するよう意図されておらず、その範囲は、「発明を実施するための形態」の後に続く特許請求の範囲によって一意に定義される。さらに、特許請求される主題は、上記または本開示のいずれかの部分に示されたいずれかの欠点を解決する実施態様に限定されない。
以下の説明は、ロールツーロール処理によって膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を組み立て、ＭＥＡをレドックス・フロー・バッテリとして動作させるためのシステムおよび方法に関連している。本明細書において使用されるとき、「膜電極アセンブリ」または「ＭＥＡ」は、電極の区画、室、または空洞の境界を定めている一体化された膜を有する筐体を含むバッテリ構成を指す場合がある。実施形態例では、ＭＥＡは、レドックス・フロー・バッテリ・システムのＭＥＡスタックに含まれ、少なくとも１つの共通の流体マニホールドを介して電解液サブシステムに流体結合され得る。レドックス・フロー・バッテリ・システムが図１に概略的に示されており、ＭＥＡが、分離した正電解液室および負電解液室を含む一体型多室タンクに流体結合されている。一部の例では、レドックス・フロー・バッテリ・システムは、ＩＦＢの正（レドックス）極および負（めっき）極の両方で鉄レドックス化学を利用する全鉄フロー・バッテリ（ＩＦＢ）であってよい。電解液室は、１つまたは複数のバッテリ・セルに結合されてよく、各セルは、正極および負極を含む。したがって、電解液は、正極および負極をそれぞれ収容している正極区画および負極区画を通って送り込まれてよい。
一部の例では、レドックス・フロー・バッテリ・システムは、ハイブリッド・レドックス・フロー・バッテリ・システムであってよい。ハイブリッド・レドックス・フロー・バッテリは、電極（例えば、負極）上の固体層としての、１つまたは複数の電気活性材料の堆積によって特徴付けられ得るレドックス・フロー・バッテリである。ハイブリッド・レドックス・フロー・バッテリは、例えば、バッテリ充電工程を通じて、基板上の固体として電気化学反応によってめっきし得る化学種を含んでよい。バッテリ放電中に、さらなる電気化学反応によって、めっき種がイオン化し、電解液内に溶解できるようになってよい。ハイブリッド・レドックス・フロー・バッテリ・システムでは、レドックス・フロー・バッテリの充電容量（例えば、蓄えられるエネルギーの最大量）は、バッテリ充電中にめっきされる金属の量によって制限されることがあり、したがって、めっきシステムの効率に加えて、めっきに使用できる体積および表面積に依存することがある。
しかし、レドックス・フロー・バッテリ・システムが、ＩＦＢ、ハイブリッド・レドックス・フロー・バッテリ・システム、またはこれらの組み合わせ（例えば、全鉄ハイブリッド・レドックス・フロー・バッテリ・システム）のいずれとして構成されるかにかかわらず、一部の例では、多くのレドックス・フロー・バッテリ・セルが、望ましい性能および出力を達成するために、直列に配置されることがある。そのような配置は、不必要に高い公差の積み重ねをもたらすことがあり、レドックス・フロー・バッテリ・システムの組み立て、動作、および使用において問題になることがある。そのような公差の積み重ねを軽減するために、本明細書において実施形態によって説明されるように、レドックス・フロー・バッテリ・システムは、押し出し熱可塑性プラスチックのロールツーロール処理によって組み立てられた、図２Ｂの分解図および図３の概略断面に示されたＭＥＡなどの複数のＭＥＡを含む、図２ＡのＭＥＡスタックなどの、ＭＥＡスタックを含むことができる。ロールツーロール処理によってＭＥＡスタックを組み立て、ＭＥＡスタックを動作させ、ＭＥＡスタックを試験するための例示的な方法が、図６および７で提供される。ＭＥＡスタックを組み立てるための１つの例示的なロールツーロール処理構成が、図８に概略的に示されている。
ＭＥＡスタック内のＭＥＡが、レドックス・フロー・バッテリ・システムのレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作する場合、レドックス・フロー・バッテリ・システムの充電および放電のためのイオンを補充し、交換するために、レドックス・フロー・バッテリ・セルを通って正電解液および負電解液が循環されてよい。したがって、ＭＥＡは、ＭＥＡスタックに広がる共通の流体マニホールドに流体結合された電解液ポートを含んでよく、共通の流体マニホールドは、電解液サブシステムに流体結合され、正電解液および負電解液の循環を可能にする。一部の例では、図４Ａ～４Ｃに示されているように、特定のＭＥＡの電解液ポートは電解液分配インサートをそれぞれ含んでよく、電解液分配インサートは、隣接するＭＥＡの電解液分配インサートと機械的に連結して、ＭＥＡスタックのＭＥＡを流体結合し、共通の流体マニホールドを形成してよい（本明細書において使用されるとき、「隣接する」は、間に介在するコンポーネントを含んでいない任意の２つのコンポーネントを表してよい）。正電解液および負電解液は、電解液分配インサート内のチャネルを介してＭＥＡスタックの各ＭＥＡの電解液ポートに入り、そこから各正電解液通路および負電解液通路を介して各正極区画および負極区画に流れてよい。正電解液通路および負電解液通路の１つの例示的な構成が図５Ａ～５Ｃに示されており、正電解液通路および負電解液通路が、ＭＥＡの押し出し熱可塑性プラスチック間に形成されるように示されている。
図１に示されているように、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０では、負極２６がめっき電極と見なされてよく、正極２８がレドックス電極と見なされてよい。レドックス・フロー・バッテリ・セル１８のめっき側（例えば、負極区画２０）の中の負電解液はめっき電解液と見なされてよく、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８のレドックス側（例えば、正極区画２２）の正電解液はレドックス電解液と見なされてよい。
「陽極」は、電気活性材料が電子を失う電極のことを指し、「陰極」は、電気活性材料が電子を獲得する電極のことを指す。バッテリ充電中に、負極２６で負電解液が電子を獲得し、負極２６は、電気化学反応の陰極である。バッテリ放電中に、負電解液が電子を失い、負極２６は、電気化学反応の陽極である。代替として、バッテリ放電中に、負電解液および負極２６は、それぞれ電気化学反応の陽極液および陽極と見なされてよく、一方、正電解液および正極２８は、それぞれ電気化学反応の陰極液および陰極と見なされてよい。バッテリ充電中に、負電解液および負極２６は、それぞれ電気化学反応の陰極液および陰極と見なされてよく、一方、正電解液および正極２８は、それぞれ電気化学反応の陽極液および陽極と見なされてよい。簡単にするために、「正」および「負」という用語は、本明細書では、レドックス・フロー・バッテリ・システム内の電極、電解液、および電極区画を参照するために使用される。
ハイブリッド・レドックス・フロー・バッテリの１つの例は、全鉄レドックス・フロー・バッテリ（ＩＦＢ）であり、全鉄レドックス・フロー・バッテリ（ＩＦＢ）では、電解液が鉄塩（例えば、ＦｅＣｌ２、ＦｅＣｌ３など）の形態で鉄イオンを含み、負極２６が鉄金属を含む。例えば、負極２６で、バッテリ充電中に第一鉄（Ｆｅ２＋）が２つの電子を獲得し、鉄金属（Ｆｅ０）として負極２６上にめっきされ、バッテリ放電中にＦｅ０が２つの電子を失い、Ｆｅ２＋として再び溶解する。正極２８で、バッテリ充電中にＦｅ２＋が１つの電子を失って第二鉄（Ｆｅ３＋）を形成し、バッテリ放電中にＦｅ３＋が１つの電子を獲得してＦｅ２＋を形成する。電気化学反応は、方程式（１）および（２）に要約され、正反応（左から右へ）はバッテリ充電中の電気化学反応を示し、一方、逆反応（右から左へ）はバッテリ放電中の電気化学反応を示す。
Ｆｅ２＋＋２ｅ－←→Ｆｅ０ －０．４４Ｖ（負極） （１）
Ｆｅ２＋←→２Ｆｅ３＋＋２ｅ－ ＋０．７７Ｖ（正極） （２）
Ｆｅ２＋＋２ｅ－←→Ｆｅ０ －０．４４Ｖ（負極） （１）
Ｆｅ２＋←→２Ｆｅ３＋＋２ｅ－ ＋０．７７Ｖ（正極） （２）
前述したように、ＩＦＢにおいて使用される負電解液は、バッテリ充電中にＦｅ２＋が負極２６から２つの電子を受け取ってＦｅ０を形成し、基板上にめっきできるように、十分な量のＦｅ２＋を供給してよい。バッテリ放電中に、めっきされたＦｅ０が２つの電子を失い、Ｆｅ２＋にイオン化し、電解液内に再び溶解してよい。上記の反応の平衡電位は－０．４４Ｖであり、したがって、この反応は望ましいシステムの負端子を提供する。ＩＦＢの正側で、バッテリ充電中に、電解液がＦｅ２＋を供給してよく、Ｆｅ２＋が電子を失って酸化し、Ｆｅ３＋になる。バッテリ放電中に、電解液によって供給されたＦｅ３＋が、正極２８によって供給された電子を吸収することによってＦｅ２＋になる。この反応の平衡電位は＋０．７７Ｖであり、望ましいシステムの正端子を作成する。
ＩＦＢは、非再生電解液を利用する他のバッテリの種類とは対照的に、その中で電解液を充電および再充電する能力を提供することができる。端子４０および４２を介して電極２６および２８にわたって電流をそれぞれ加えることによって、充電が実現されてよい。正極２８を介して電子が負電解液に供給され得るように、負極２６が、端子４０を介して電圧源の負側に電気的に結合されてよい（例えば、正極区画２２内の正電解液においてＦｅ２＋がＦｅ３＋に酸化される）。負極２６に供給された電子は、負電解液内のＦｅ２＋を還元して、（めっき）基板にＦｅ０を形成し、Ｆｅ２＋を負極２６上にめっきさせることを引き起こすことができる。
Ｆｅ０が負電解液に酸化のために使用可能なままである間、およびＦｅ３＋が正電解液に還元のために使用可能なままである間は、放電が持続されてよい。例として、外部正電解液室５２などの外部供給源を介して、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８の正極区画２２側において正電解液の濃度または体積を増やし、追加のＦｅ３＋イオンを供給することによって、Ｆｅ３＋の可用性が維持されてよい。さらに一般には、放電中のＦｅ０の可用性が、ＩＦＢシステムにおいて問題になることがあり、放電に使用できるＦｅ０は、負極基板の表面積および体積に加えて、めっき効率に比例する場合がある。充電容量は、負極区画２０内のＦｅ２＋の可用性に依存する可能性がある。例として、Ｆｅ２＋の可用性は、外部負電解液室５０などの外部供給源を介して追加のＦｅ２＋イオンをレドックス・フロー・バッテリ・セル１８の負極区画２０側に供給し、負電解液の濃度または体積を増やすことによって維持されてよい。
ＩＦＢでは、ＩＦＢシステムの充電状態（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）に応じて、正電解液は、第一鉄、第二鉄、第二鉄複合体、またはこれらの任意の組み合わせを含んでよく、一方、負電解液は、第一鉄または第一鉄複合体を含んでよい。前述したように、負電解液および正電解液の両方における鉄イオンの利用は、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８の両側での同じ電解液種の利用を可能にすることができ、電解液の相互汚染を減らすことができ、ＩＦＢシステムの効率を向上させ、他のレドックス・フロー・バッテリ・システムと比較して、電解液の交換を少なくすることができる。
ＩＦＢにおける効率損失は、セパレータ２４（例えば、イオン交換膜バリア、微多孔膜など）を通る電解液のクロスオーバーから生じることがある。例えば、正電解液内のＦｅ３＋イオンは、Ｆｅ３＋イオンの濃度勾配およびセパレータ２４を横切る電気泳動力によって、負電解液に向かって駆動されることがある。そして、セパレータ２４を貫通して負極区画２０へクロスオーバーするＦｅ３＋イオンが、クーロン効率の損失を引き起こすことがある。低ｐＨのレドックス側（例えば、酸性度の高い正極区画２２）から高ｐＨのめっき側（例えば、酸性度の低い負極区画２０）へクロスオーバーするＦｅ３＋イオンが、Ｆｅ（ＯＨ）３の沈殿を引き起こすことがある。Ｆｅ（ＯＨ）３の沈殿は、セパレータ２４を劣化させ、永続的なバッテリの性能および効率の損失を引き起こすことがある。例えば、Ｆｅ（ＯＨ）３の沈殿は、イオン交換膜の有機官能基を化学的に汚染するか、またはイオン交換膜の微小孔を物理的に詰まらせることがある。いずれの場合も、Ｆｅ（ＯＨ）３の沈殿物に起因して、時間と共に膜オーム抵抗が発生し、バッテリ性能が低下することがある。酸を使用してＩＦＢを洗浄することによって沈殿物が除去され得るが、定期的な保守およびダウンタイムは、商用バッテリの用途にとって不利益であることがある。さらに、洗浄は、追加の処理コストおよび複雑さに寄与する電解液の定期的な準備に依存することがある。代替として、電解液のｐＨの変化に応じて特定の有機酸を正電解液および負電解液に追加することは、コスト全体を押し上げずに、バッテリの充電および放電サイクル中の沈殿物の形成を軽減することができる。さらに、Ｆｅ３＋イオンのクロスオーバーを抑制する膜バリアを実装することも、汚染を軽減することができる。
追加のクーロン効率の損失が、Ｈ＋（例えば、陽子）の還元およびその後のＨ２ガスの形成、ならびにＨ２ガスを形成するために負極２６のめっきされた鉄金属で供給された電子との負極区画２０内の陽子の反応によって、引き起こされることがある。
ＩＦＢの電解液（例えば、ＦｅＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＦｅＳＯ４、Ｆｅ２（ＳＯ４）３など）は、容易に使用可能であることがあり、低コストで生成され得る。１つの例では、ＩＦＢの電解液は、塩化第一鉄（ＦｅＣｌ２）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＣｌ２）、およびホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）から形成されてよい。ＩＦＢの電解液は、同じ電解液が負電解液および正電解液に提供され得るため、より高い再利用価値を提供し、その結果、他のシステムと比較して相互汚染問題を軽減することができる。さらに、鉄の電子配置のため、鉄は、負極基板への鉄のめっき中に、概して均一な固体構造に凝固することができる。ハイブリッド・レドックス・バッテリにおいて一般に使用される亜鉛および他の金属の場合、めっき中に固体樹枝状構造が生じることがある。ＩＦＢシステムの安定した電極形態は、他のレドックス・フロー・バッテリと比較して、バッテリの効率を向上させることができる。さらに、鉄レドックス・フロー・バッテリは、他のレドックス・フロー・バッテリの電解液と比較して、有害な原料の使用を減らすことができ、相対的に中性のｐＨで動作することができる。したがって、ＩＦＢシステムは、製造中の他のすべての現在の高度なレドックス・フロー・バッテリ・システムと比較して、環境危険を減らすことができる。
引き続き図１を参照すると、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の概略図が示されている。レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、一体型多室電解液貯蔵タンク（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｍｂｅｒｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ）１１０に流動的に結合されたレドックス・フロー・バッテリ・セル１８を含んでよい。レドックス・フロー・バッテリ・セル１８は、負極区画２０、セパレータ２４、および正極区画２２を含んでよい。セパレータ２４は電気絶縁イオン伝導バリア（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｉｏｎｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｂａｒｒｉｅｒ）を含んでよく、電気絶縁イオン導電性バリアは、それを通して特定のイオンの伝導を可能にしながら、正電解液および負電解液の大量の混合を防ぐ。例えば、前述したように、セパレータ２４は、イオン交換膜および／または微多孔膜を含んでよい。
負極区画２０は負極２６を含んでよく、負電解液は電気活性材料を含んでよい。正極区画２２は正極２８を含んでよく、正電解液は電気活性材料を含んでよい。一部の実施例では、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０内により高い電圧または電流を生成するために、複数のレドックス・フロー・バッテリ・セル１８が直列または並列に結合されてよい。
図１には、負電解液ポンプ３０および正電解液ポンプ３２がさらに示されており、これらは両方とも、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０を通る電解質溶液を送り込むために使用される。電解液は、セルの外部の１つまたは複数のタンクに蓄えられ、負電解液ポンプ３０および正電解液ポンプ３２を介して送り込まれ、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８の負極区画２０側および正極区画２２側をそれぞれ通る。
レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、背面側、例えば、負極２６および正極２８のセパレータ２４の方を向いている側の反対側に沿ってそれぞれ配置された、第１のバイポーラ板３６および第２のバイポーラ板３８も含んでよい。第１のバイポーラ板３６は負極２６と接触してよく、第２のバイポーラ板３８は正極２８と接触してよい。しかし、他の例では、バイポーラ板３６および３８は、電極２６および２８に近接しているが、電極２６および２８から離れて間隔を空けられて配置され、各電極区画２０および２２内に収容されてよい。いずれの場合も、バイポーラ板３６および３８は、直接接触によって、または負極２６および正極２８をそれぞれ介して、端子４０および４２にそれぞれ電気的に結合されてよい。ＩＦＢの電解液は、バイポーラ板３６および３８の材料の導電性の結果として、第１および第２のバイポーラ板３６および３８によって、負極２６および正極２８での反応部位に輸送され得る。電解液の流れは、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８を通る強制対流を促進する負電解液ポンプ３０および正電解液ポンプ３２によって支援されてもよい。反応電気化学種（Ｒｅａｃｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｅｓ）は、強制対流と第１および第２のバイポーラ板３６および３８の存在との組み合わせによって、反応部位から離れる方向に向けられてもよい。
図１に示されているように、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８は、負バッテリ端子４０および正バッテリ端子４２をさらに含んでよい。充電電流がバッテリ端子４０および４２に加えられた場合、正極２８で正電解液が酸化されてよく（１つまたは複数の電子を失う）、負極２６で負電解液が還元されてよい（１つまたは複数の電子を獲得する）。バッテリ放電中に、電極２６および２８に逆レドックス反応が発生してよい。言い換えると、正極２８で正電解液が還元されてよく（１つまたは複数の電子を獲得する）、負極２６で負電解液が酸化されてよい（１つまたは複数の電子を失う）。バッテリの両端の電位差は、正極区画２２および負極区画２０内の電気化学レドックス反応によって維持されてよく、この反応が持続されている間に、電流コレクタを通る電流を誘導してよい。レドックス・バッテリによって蓄えられるエネルギーの量は、電解液の全体積および電気活性材料の溶解度に応じて、放電に使用できる電解液内の電気活性材料の量によって制限され得る。
一部の例では、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８は、ＭＥＡスタック（または図２Ａを参照して下で詳細に説明されるＭＥＡスタック）のうちの１つのＭＥＡ１０２として（または図２Ｂ～５Ｃを参照して下で詳細に説明されるＭＥＡとして）構成されてよい。ＭＥＡ１０２は、一体型膜シートをセパレータ２４として含む押し出し熱可塑性筐体１０４を含んでよい。一体型膜シートは、負極２６および正極２８をそれぞれ収容している負極区画２０および正極区画２２を分離するように、押し出し熱可塑性筐体１０４の内面に溶着されてよい。押し出し熱可塑性筐体１０４は、バッテリ端子４０および４２に電気的に結合された一体型導電性シート（例えば、第１および第２のバイポーラ板３６および３８、ならびに／またはＭＥＡスタックのうちの隣接するＭＥＡ１０２上のバイポーラ板３６、３８間の抵抗を下げるために提供される追加の導電性シート）をさらに含んでよい。一体型導電性シートは、一体型膜シートと反対側の負極区画２０および正極区画２２の側面を形成し、それによって、負極区画２０および正極区画２２を通ってそれぞれ循環している正電解液および負電解液との電子接触を維持するように、押し出し熱可塑性筐体１０４の外面に溶着されてよい。
押し出し熱可塑性筐体１０４は、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の動作中に拡大または膨張し、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０が動作していないときに縮小または収縮するように構成されてよい。例えば、押し出し熱可塑性筐体１０４は、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の動作中に加えられた内圧（例えば、押し出し熱可塑性筐体１０４を通して正電解液および負電解液を送り込むことから生じる内圧）に応答して膨張し、ＭＥＡ１０２の内部容積を増やしてよい。正電解液および負電解液は、ＭＥＡスタックに含まれているＭＥＡ１０２の電解液ポートにおいて構成された電解液分配インサートを機械的に連結するという流体結合から形成された共通の流体マニホールドを介して、ＭＥＡスタックを通って分配されてよい。さらに、押し出し熱可塑性筐体１０４は、収容されたさまざまなコンポーネントにアクセスするために、比較的容易に切断されて開けられ得るため、押し出し熱可塑性筐体１０４の柔軟性は、押し出し熱可塑性筐体１０４内の劣化したコンポーネントまたは旧式のコンポーネントの診断、除去、および／または交換を容易にすることができる。このようにして、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８としてそれぞれ動作し、柔軟なモジュール式の構成で互いに流体結合される複数のＭＥＡ１０２を含んでよい（しかし、他の例では、１つのＭＥＡ１０２のみがレドックス・フロー・バッテリ・システム１０に含まれてよい）。
レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０をさらに含んでよい。多室電解液貯蔵タンク１１０は、隔壁９８によって分割されてよい。隔壁９８は、正電解液および負電解液が両方とも単一のタンク内に含まれ得るように、多室電解液貯蔵タンク１１０内に複数の室を作成してよい。負電解液室５０は、電気活性材料を含む負電解液を保持し、正電解液室５２は、電気活性材料を含む正電解液を保持する。隔壁９８は、負電解液室５０と正電解液室５２の間の望ましい体積比を生み出すように、多室電解液貯蔵タンク１１０内に配置されてよい。１つの例では、隔壁９８は、負のレドックス反応と正のレドックス反応の間の理論混合比に従って負電解液室５０および正電解液室５２の容積比を設定するように配置されてよい。図１は、多室電解液貯蔵タンク１１０の充填高さ１１２をさらに示しており、充填高さ１１２は、各タンクの区画内の液面を示してよい。図１は、負電解液室５０の充填高さ１１２の上にある気体ヘッド・スペース９０、および正電解液室５２の充填高さ１１２の上にある気体ヘッド・スペース９２も示している。気体ヘッド・スペース９２は、（例えば、陽子還元および鉄腐食側の還元に起因して）レドックス・フロー・バッテリの動作によって生成され、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８から戻る電解液と共に多室電解液貯蔵タンク１１０に運ばれたＨ２ガスを蓄えるために利用されてよい。Ｈ２ガスは、多室電解液貯蔵タンク１１０内の気液界面（例えば、充填高さ１１２）で自発的に分離され、それによって、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の一部として追加の気液セパレータを含むことを除外してよい。Ｈ２ガスは、電解液から分離された後に、気体ヘッド・スペース９０および９２を満たしてよい。そのため、蓄えられたＨ２ガスは、多室電解液貯蔵タンク１１０から他の気体を取り除くことに役立ち、それによって、電解液種の酸化を減らすための不活性ガス・ブランケットの役割を果たし、レドックス・フロー・バッテリの容量損失を減らすのに役立つことができる。このようにして、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０を利用することによって、従来のレドックス・フロー・バッテリ・システムに共通している別々の負電解液貯蔵タンクおよび正電解液貯蔵タンク、水素貯蔵タンク、ならび気液セパレータに含むことを差し控えることができ、それによって、システム設計を簡略化し、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の物理的設置面積を減らし、システム・コストを減らす。
図１は、スピルオーバー・ホール９６も示しており、スピルオーバー・ホール９６は、気体ヘッド・スペース９０と気体ヘッド・スペース９２の間の隔壁９８内の開口部を作り出すことができ、室５０と室５２の間の気体圧を均一にする手段を提供することができる。スピルオーバー・ホール９６は、充填高さ１１２の上のしきい値高さに配置されてよい。スピルオーバー・ホール９６は、バッテリのクロスオーバーの場合に、負電解液室５０および正電解液室５２の各々における電解液を自動バランス調整する能力をさらに可能にすることができる。全鉄レドックス・フロー・バッテリ・システムの場合、同じ電解液（Ｆｅ２＋）が負極区画２０および正極区画２２の両方において使用されるため、負電解液室５０と正電解液室５２の間の電解液のあふれが、システム全体の効率を低下させることがあるが、電解液全体の組成、バッテリ・モジュールの性能、およびバッテリ・モジュールの容量が維持され得る。漏れのない連続的な加圧状態を維持するために、多室電解液貯蔵タンク１１０への入り口および多室電解液貯蔵タンク１１０からの出口のすべてのパイプ接続に、フランジ継手が利用されてよい。多室電解液貯蔵タンク１１０は、負電解液室５０および正電解液室５２の各々からの少なくとも１つの出口、および負電解液室５０および正電解液室５２の各々への少なくとも１つの入り口を含んでよい。さらに、Ｈ２ガスをリバランス・リアクタ（ｒｅｂａｌａｎｃｉｎｇ ｒｅａｃｔｏｒｓ）またはセル８０および８２に向かわせるために、気体ヘッド・スペース９０および９２からの１つまたは複数の出口の接続が設けられてよい。
図１に示されていないが、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０は、負電解液室５０および正電解液室５２の各々に熱的に結合された１つまたは複数のヒーターをさらに含んでよい。代替の例では、負電解液室５０および正電解液室５２のうちの１つのみが、１つまたは複数のヒーターを含んでよい。正電解液室５２のみが１つまたは複数のヒーターを含む場合、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８に発生した熱を負電解液に伝達することによって、負電解液が加熱されてよい。このようにして、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８は、負電解液を加熱し、負電解液の温度調節を容易にすることができる。負電解液室５０および正電解液室５２の温度を独立して、または一緒に調節するために、コントローラ８８によって１つまたは複数のヒーターが作動されてよい。例えば、電解液の温度がしきい値温度を下回ることに応答して、コントローラ８８は、電解液への熱流束が増やされ得るように、１つまたは複数のヒーターに供給される電力を増やしてよい。電解液の温度は、センサ６０および６２などの、多室電解液貯蔵タンク１１０に取り付けられた１つまたは複数の温度センサによって示されてよい。例として、１つまたは複数のヒーターは、電解質溶液に浸されるコイル型ヒーターまたは他の液浸ヒーター、あるいは負電解液室５０および正電解液室５２の壁を介して熱を伝導的に伝達し、内部の液体を加熱する表面マントル型ヒーター（ｓｕｒｆａｃｅ ｍａｎｔｌｅ ｔｙｐｅ ｈｅａｔｅｒｓ）を含んでよい。本開示の範囲から逸脱することなく、他の既知の種類のタンク・ヒーターが採用されてよい。さらに、コントローラ８８は、液面が固体充填しきい値レベル（ｓｏｌｉｄｓ ｆｉｌｌ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｌｅｖｅｌ）を下回ることに応答して、負電解液室５０および正電解液室５２内の１つまたは複数のヒーターを無効化してよい。言い換えると、一部の例では、コントローラ８８は、液面が固体充填しきい値レベルを上回ることのみに応答して、負電解液室５０および正電解液室５２内の１つまたは複数のヒーターを有効化してよい。このようにして、負電解液室５０および／または正電解液室５２内に十分な液体が存在しない状態で１つまたは複数のヒーターを有効化することが防止され、それによって、ヒーターの過熱または焼損のリスクを減らす。
さらに、フィールド水和システム（図示されていない）から負電解液室５０および正電解液室５２の各々への、１つまたは複数の入り口の接続が設けられてよい。このようにして、フィールド水和システムは、最終使用場所でのレドックス・フロー・バッテリ・システム１０の設置、充填、および水和を含む、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の試運転を容易にすることができる。さらに、最終使用場所でのレドックス・フロー・バッテリ・システム１０の試運転に先立って、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０を最終使用場所に配送する前に、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の充填および水和を行わずに、最終使用場所と異なるバッテリ製造施設で乾式組み立てされてよい。１つの例では、最終使用場所は、オンサイトエネルギー貯蔵のためにレドックス・フロー・バッテリ・システム１０が設置されて利用される場所に対応してよい。言い換えると、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、最終使用場所で設置されて水和された後に、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の位置が固定されてよく、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０が、運搬できる乾式システムであると見なされなくなってよいように設計されてよい。したがって、エンド・ユーザの視点からは、乾式の運搬できるレドックス・フロー・バッテリ・システム１０が現場に配送され、その後、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、設置されて水和され、試運転されてよい。水和の前に、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、乾燥した運搬できるシステムと見なされてよく、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、水および湿った電解液がないか、またはこれらを含んでいない。水和された後に、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、湿った運搬できないシステムと見なされてよく、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、湿った電解液を含む。
さらに図１に示されている、多室電解液貯蔵タンク１１０に主に蓄えられている電解質溶液が、負電解液ポンプ３０および正電解液ポンプ３２を介してレドックス・フロー・バッテリ・システム１０全体に送り込まれてよい。負電解液室５０に蓄えられている電解液が、負電解液ポンプ３０を介して、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８の負極区画２０側を通って送り込まれてよく、正電解液室５２に蓄えられている電解液が、正電解液ポンプ３２を介して、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８の正極区画２２側を通って送り込まれてよい。
レドックス・フロー・バッテリ・システム１０内で、電解液リバランス・リアクタ８０および８２が、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８の負側および正側での電解液の再循環する流路と直列または並列にそれぞれ接続されてよい。１つまたは複数のリバランス・リアクタが、バッテリの負側および正側での電解液の再循環する流路と直列に接続されてよく、他のリバランス・リアクタが、冗長性のため、およびリバランス能力の向上のために、並列に接続されてよい（例えば、バッテリおよびリバランスの動作を中断せずに、リバランス・リアクタが使用可能にされてよい）。１つの例では、電解液リバランス・リアクタ８０および８２が、それぞれ、負極区画２０および正極区画２２から負電解液室５０および正電解液室５２への戻り流路に配置されてよい。一部の例では、電解液リバランス・リアクタ８０および８２は、互いにおよび／またはＭＥＡスタックと積み重ねられ、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８として動作するＭＥＡ１０２に（例えば、共通の流体マニホールドを介して）流体結合されたリバランス・セル・アセンブリ８０および８２としてそれぞれ構成され得る。特定の例では、電解液リバランス・リアクタ８０および８２は、連結している電解液分配インサートを介して、隣接するＭＥＡ１０２と機械的に連結してよい。
電解液リバランス・リアクタ８０および８２は、本明細書において説明されるように、副反応、イオンクロスオーバーなどに起因して発生するレドックス・フロー・バッテリ・システム１０内の電解液電荷の不均衡をリバランスするのに役立つことができる。１つの例では、電解液リバランス・リアクタ８０および８２はトリクル・ベッド・リアクタを含んでよく、トリクル・ベッド・リアクタでは、電解液リバランス反応を実行するために、Ｈ２ガスおよび電解液が充填層内の触媒表面で接触してよい。他の例では、リバランス・リアクタ８０および８２は、フロースルー型リアクタ（ｆｌｏｗ－ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｙｐｅ ｒｅａｃｔｏｒｓ）を含んでよく、フロースルー型リアクタは、充填触媒層なしで、Ｈ２ガスおよび電解質溶液と接触し、電解液リバランス反応を実行することができる。
レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の動作中に、センサおよびプローブが、電解液のｐＨ、濃度、ＳＯＣなどの電解液の化学的特性を監視し、制御してよい。例えば、図１に示されているように、正電解液室５２および負電解液室５０で正電解液および負電解液の状態をそれぞれ監視するために、センサ６２および６０が配置されてよい。別の例では、センサ６２および６０は、正電解液室５２および負電解液室５０内の電解液のレベルをそれぞれ示すために、１つまたは複数の電解液レベル・センサをそれぞれ含んでよい。別の例として、図１にも示されているセンサ７２および７０が、正極区画２２および負極区画２０での正電解液および負電解液の状態をそれぞれ監視してよい。センサ７２および７０は、ｐＨプローブ、光学的プローブ、圧力センサ、電圧センサなどであってよい。電解液の化学的特性および他の特性を監視するために、センサがレドックス・フロー・バッテリ・システム１０全体の他の位置に配置されてよいということが、理解されるであろう。
例えば、センサは外部酸タンク（図示されていない）内に配置され、外部酸タンクの産量またはｐＨを監視してもよく、電解液内の沈殿物の形成を減らすために、外部酸タンクからの酸が、外部ポンプ（図示されていない）を介してレドックス・フロー・バッテリ・システム１０に供給されてよい。他の添加物をレドックス・フロー・バッテリ・システム１０に供給するために、追加の外部タンクおよびセンサが設置されてよい。例えば、フィールド水和システムの温度センサ、導電率センサ、およびレベル・センサを含むさまざまなセンサが、信号をコントローラ８８に送信してよい。さらに、コントローラ８８は、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の水和中に、フィールド水和システムのバルブおよびポンプなどのアクチュエータに信号を送信してよい。例として、センサ情報が、コントローラ８８に送信されてよく、ポンプ３０および３２を作動させ、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８を通る電解液の流れを制御するか、または他の制御機能を実行してよい。このようにして、コントローラ８８は、センサおよびプローブのうちの１つまたは組み合わせに応答してよい。
レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、Ｈ２ガスの供給源をさらに含んでよい。１つの例では、Ｈ２ガスの供給源は、分離した専用の水素ガス貯蔵タンクを含んでよい。図１の例では、Ｈ２ガスが、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０に蓄えられ、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０から供給されてよい。一体型多室電解液貯蔵タンク１１０は、追加のＨ２ガスを正電解液室５２および負電解液室５０に供給してよい。一体型多室電解液貯蔵タンク１１０は、追加のＨ２ガスを、電解液リバランス・リアクタ８０および８２の入り口に交互に供給してよい。例として、（コントローラ８８によって制御され得る）質量流計または他の流れ制御デバイスが、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０からのＨ２ガスの流れを調節してよい。一体型多室電解液貯蔵タンク１１０は、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０内で生成されたＨ２ガスを補充してよい。例えば、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０内で気体の漏出が検出された場合、または低水素分圧で還元反応速度が低すぎる場合、正電解液および負電解液内の電気活性材料のＳＯＣをリバランスするために、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０からＨ２ガスが供給されてよい。例として、コントローラ８８は、ｐＨの測定された変化に応答して、または電解液もしくは電気活性材料のＳＯＣの測定された変化に応答して、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０からＨ２ガスを供給してよい。
例えば、負電解液室５０または負極区画２０のｐＨの増加は、Ｈ２ガスがレドックス・フロー・バッテリ・システム１０から漏れていること、および／または使用可能な水素分圧での反応速度が遅すぎることを示すことがあり、コントローラ８８は、ｐＨの増加に応答して、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０からレドックス・フロー・バッテリ・システム１０へのＨ２ガスの供給を増やしてよい。さらなる例として、コントローラ８８は、ｐＨが第１のしきい値ｐＨを超えて増加するか、または第２のしきい値ｐＨを超えて減少するｐＨの変化に応答して、Ｈ２ガスを一体型多室電解液貯蔵タンク１１０から供給してよい。ＩＦＢの場合、コントローラ８８は、追加のＨ２ガスを供給して、Ｆｅ３＋イオンの還元速度および陽子の生成速度を増やしてよく、それによって、正電解液のｐＨを減らす。さらに、正電解液から負電解液にクロスオーバーするＦｅ３＋イオンの水素還元によって、または陽子の濃度勾配および電気泳動力に起因して負電解液へクロスオーバーする正側で生成された陽子によって、負電解液のｐＨが下げられてよい。この方法で、Ｆｅ（ＯＨ）３としての（正極区画２２からクロスオーバーする）Ｆｅ３＋イオンの沈殿のリスクを減らしながら、負電解液のｐＨが安定領域内に維持されてよい。
電解液のｐＨの変化に応答して、または酸化還元電位（ＯＲＰ：ｏｘｙｇｅｎ－ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）計もしくは光センサなどの他のセンサによって検出された電解液のＳＯＣにおける変化に応答して、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０からのＨ２ガスの供給速度を制御するための他の制御方式が実装されてよい。さらに、コントローラ８８のアクションを引き起こすｐＨまたはＳＯＣにおける変化は、ある期間にわたって測定された変化率、または変化に基づいてよい。変化率の期間は、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の時定数に基づいて事前に決定されるか、または調整されてよい。例えば、再循環速度が高い場合、この期間が減らされてよく、時定数が小さくなることができるため、（例えば、副反応または気体の漏出に起因する）濃度の局所的変化が素早く測定され得る。
コントローラ８８は、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の動作モードに基づく制御方式をさらに実行してよい。例えば、コントローラ８８は、システムの調整中に負極２６で鉄の予備形成を引き起こすように、レドックス・フロー・バッテリ・セル１８の充電および放電を制御してよい（システムの調整は、バッテリ・サイクルの外部でレドックス・フロー・バッテリ・システム１０の電気化学的性能を最適化するために採用される動作モードを含んでよい）。すなわち、システムの調整中に、コントローラ８８は、鉄金属を負極２６にめっきするためのレドックス・フロー・バッテリ・システム１０の１つまたは複数の動作条件を調整し、その後のバッテリ・サイクル中のバッテリ充電容量を改善してよい（このようにして、バッテリ・サイクルのために鉄金属が予備形成されてよい）。コントローラ８８は、前述したように、電解液のリバランスをさらに実行してレドックス・フロー・バッテリ・システム１０の過剰な水素ガスを取り除き、Ｆｅ３＋イオン濃度を減らしてよい。このようにして、システムの調整中に負極２６で鉄を予備形成し、電解液のリバランスを実行し、鉄のめっき損失を軽減することによって、バッテリ・サイクル中のレドックス・フロー・バッテリ・セル１８の全体的容量を増やしてよい。本明細書において使用されるとき、バッテリ・サイクル（「充電サイクル」とも呼ばれる）は、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０の充電モードと放電モードを繰り返すことを含んでよい。
センサ６０および６２ならびに一体型多室電解液貯蔵タンク１１０（およびそれに含まれているコンポーネント）から離れているすべてのコンポーネントが、電力モジュール１２０に含まれていると見なされてよいということが、理解されるであろう。そのため、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０は、一体型多室電解液貯蔵タンク１１０に流動的に結合され、センサ６０および６２に通信可能に結合された電力モジュール１２０を含むとして表されてよい。一部の実施例では、レドックス・フロー・バッテリ・システム１０が単一のユニットとして単一の場所に含まれ得るように、電力モジュール１２０および多室電解液貯蔵タンク１１０の各々は、単一の筐体（図示されていない）に含まれてよい。正電解液、負電解液、センサ６０および６２、電解液リバランス・リアクタ８０および８２、ならびに一体型多室電解液貯蔵タンク１１０（およびそれに含まれているコンポーネント）が、電解液サブシステム１３０に含まれていると見なされてよいということが、さらに理解されるであろう。そのため、電解液サブシステム１３０は、１つまたは複数の電解液をレドックス・フロー・バッテリ・セル１８（およびそれに含まれているコンポーネント）に供給してよい。
ここで図２Ａを参照すると、図１のレドックス・フロー・バッテリ・システム１０などのレドックス・フロー・バッテリ・システムのＭＥＡスタック２０２を示す分解図２００が示されている。実施形態例では、ＭＥＡスタック２０２は、レドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作し得るＭＥＡ２０４の連続的積み重ねを含んでよい。したがって、ＭＥＡ２０４の各々は、図１のレドックス・フロー・バッテリ・セル１８として動作し得るＭＥＡ１０２として構成されてよい。基準軸のセット２０１は、示されているコンポーネントの相対的配置を表すため、および図２Ａ～５Ｃの図間の比較のために、さらに提供されており、軸２０１はｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を示している。例えば、本明細書において相対的なコンポーネントの配置を修飾する場合の「上側」および「下側」という用語は、上側のｚ軸の位置および下側のｚ軸の位置のことをそれぞれ指してよい。
一部の実施例では、ＭＥＡ２０４は、ロールツーロール処理によって形成されてよい。そのような例では、ロールツーロール処理によってもたらされる公差の積み重ねが減少するため、成形に基づく電極組み立て工程によって製造される電極アセンブリのスタックと比較して、ＭＥＡスタック２０２内のＭＥＡ２０４の数が増やされ得る。例えば、ＭＥＡスタック２０２が、５０個のＭＥＡ２０４の連続的積み重ねとして分解図２００に示されている。しかし、ＭＥＡスタック２０２に含まれるＭＥＡ２０４の数は特に制限されず、特定の用途の性能要求に従って、より多いか、またはより少ないＭＥＡ２０４がＭＥＡスタック２０２に含まれてよい。しかし、一部の例では、相対的に大きい数のＭＥＡ２０４は、それに応じて（例えば、図５Ａ～５Ｃを参照して下で詳細に説明されるシャント防止流路（ａｎｔｉ－ｓｈｕｎｔｉｎｇ ｆｌｏｗ ｐａｔｈｓ）などの、内部のシャント防止流路の有効長を増やすことによって）より大きいシャント保護およびより大きいパッケージを含むことができる。したがって、そのような例では、ＭＥＡ２０４の数の上限は、過度に長いシャント防止流路からの増大した圧力降下に起因する性能問題によって決まってよい（さらに、シャント防止流路は、実際のパッケージ制約によって制限されることがある）。
図に示されているように、各ＭＥＡ２０４は、ＭＥＡ２０４のさまざまなコンポーネントを少なくとも部分的に取り囲む外部の囲いまたは筐体２１０を含んでよい。筐体２１０は、望ましくない短絡事象を減らすために、プラスチックまたは他のポリマーなどの、低い導電率を有する材料で構成されてよい。例えば、筐体２１０は、互いに溶着されたか、または他の方法で接着された押し出し熱可塑性シートまたはフレームで構成されてよい（本明細書において使用されるとき、「接着された」は、２つのコンポーネント間の接着のことを指してよい）。一部の例では、押し出し熱可塑性シートまたはフレームは、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ：ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン、および（例えば、追加の構造強度をもたらすための）これらの材料のいずれかの繊維強化成形から選択された材料で構成されてよい。他の例では、押し出し熱可塑性シートまたはフレームの繊維強化の厚さおよび程度の各々が増やされ、それに応じて押し出し熱可塑性シートまたはフレームの（例えば、図２Ｂおよび３を参照して下で詳細に説明される上側導電性シート２６０および／または下側導電性シート２９０などの、外側耐荷シートまたはフレームの）剛性または構造強度を向上させることができる。同様に、一部の例では、押し出し熱可塑性シートまたはフレームの繊維強化の厚さおよび程度の各々が減らされ、それに応じて押し出し熱可塑性シートまたはフレームの（例えば、図２Ｂおよび３を参照して下で詳細に説明される膜シート２７０などの、内側シートの）柔軟性を向上させることができる。
ＭＥＡ２０４がレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作しているときに、内部容積を形成する区画、室、または他の空洞が基本構成から膨張した構成に拡大されるか、または膨張し得るように、押し出し熱可塑性シートまたはフレームは、可逆的に拡張可能であってよい。ＭＥＡ２０４がレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作していないときに、ＭＥＡ２０４は、膨張した構成から基本構成に再び縮小されるか、または収縮してもよい。一部の例では、複数の電解液ポート（下で詳細に説明される）を除いて、筐体２１０の拡大または膨張中にＭＥＡ２０４の内部容積（図３を参照して下で詳細に説明される内部容積３１０など）が密封されるように、筐体２１０を形成する押し出し熱可塑性シートまたはフレームが、互いに、および他のコンポーネントに接着されてよい。
例えば、各ＭＥＡ２０４の導電性シートは、筐体２１０の両面２１２ａおよび２１２ｂに溶着されるか、または他の方法で接着されてよく、これらの導電性シートは、筐体２１０内の外周に配置された上側開口部および下側開口部（図２Ｂを参照して下で詳細に説明される中央開口部２６５および２９５など）を封止する。１つの例では、導電性シートは、電解液漏出を防ぐために、筐体２１０内の外周に配置された上側開口部および下側開口部を密封してよい。導電性シートは、炭素繊維などの、追加の構造的安定性を筐体２１０にもたらすことができる導電材料で構成されてよく、レドックス・フロー・バッテリ・システムの端子に電気的に結合されてよい。分解図２００では、一部のＭＥＡ２０４の上側導電性シート２６０のみが見えており、各ＭＥＡ２０４の筐体２１０の（上側）側面２１２ａに配置されているが、下側導電性シート（図２Ｂおよび３を参照して下で詳細に説明される下側導電性シート２９０など）が、各ＭＥＡ２０４の筐体２１０の（下側）側面２１２ｂに含まれてよい。さらに、ＭＥＡ２０４のすべては、その各側面２１２ａに、各上側各導電性シート２６０を（分解図２００で見えるかどうかにかかわらず）含んでよい。
各ＭＥＡ２０４の導電性シートは、区画、室、または他の空洞の側面をそれぞれ形成し、ＭＥＡ２０４の内部容積を形成してよい。例えば、各ＭＥＡ２０４の上側導電性シート２６０が、対応する正極区画（図３を参照して下で詳細に説明される正極区画３１２など）の側面を形成してよく、各ＭＥＡ２０４の下側導電性シート（図２Ａに示されていない、図２Ｂおよび３を参照）が、対応する負極区画（図３を参照して下で詳細に説明される負極区画３１４など）の側面を形成してよい。さらに、レドックス・フロー・バッテリ・セルとしてのＭＥＡ２０４の動作中に、導電性シートに電気的に結合されたレドックス・フロー・バッテリ・システムの端子（図１に関して上で詳細に説明された端子４０および４２など）を介して、導電性シートの両端に電流が加えられてよい。このようにして、導電性シートは、流体的かつ電気的にＭＥＡ２０４の内部容積と（例えば、導電性シートと接触している、正電解液および負電解液などの、内部容積内の液体または他の流体と）連通してよい。
一部の例では、隣接するＭＥＡ２０４の対の各導電性シートは、互いに面共有接触してよい。例として、ＭＥＡスタック２０２の上端２１４ａでの（例えば、ｚ軸に沿った最高値での）ＭＥＡ２０４の下側導電性シートは、隣接するＭＥＡ２０４（例えば、ｚ軸に沿った負方向で最も近いＭＥＡ２０４）の上側導電性シート２６０と面共有接触してよい。別の例として、ＭＥＡスタック２０２の下端２１４ｂでの（例えば、ｚ軸に沿った最低値での）ＭＥＡ２０４の上側導電性シート２６０は、隣接するＭＥＡ２０４（例えば、ｚ軸に沿った正方向で最も近いＭＥＡ２０４）の下側導電性シートと面共有接触してよい。さらに別の例として、ＭＥＡスタック２０２の上端２１４ａでのＭＥＡ２０４とＭＥＡスタック２０２の下端２１４ｂでのＭＥＡ２０４の間における特定のＭＥＡ２０４ごとに、特定のＭＥＡ２０４の下側導電性シートが、隣接するＭＥＡ２０４（例えば、ｚ軸に沿った正方向で最も近いＭＥＡ２０４）の上側導電性シート２６０と面共有接触してよく、特定のＭＥＡ２０４の上側導電性シート２６０が、別の隣接するＭＥＡ２０４（例えば、ｚ軸に沿った負方向で最も近いＭＥＡ２０４）の下側導電性シートと面共有接触してよい。
一部の例では、隣接するＭＥＡ２０４の対の各導電性シートは、ＭＥＡ２０４がレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作しているとき（例えば、隣接するＭＥＡ２０４の対の各導電性シートが互いに対して押されるように、各ＭＥＡ２０４の筐体２１０が拡大されるか、または膨張することができるとき）にのみ、互いに面共有接触してよい。それに応じて、そのような例では、隣接するＭＥＡ２０４の対の各導電性シートは、ＭＥＡ２０４がレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作していないとき（例えば、隣接するＭＥＡ２０４の対の各導電性シートが互いに対して押されず、それらの間に空間が存在するように、各ＭＥＡ２０４の筐体２１０が縮小されるか、または収縮することができるとき）に、互いに面共有接触しなくてよい。追加または代替の例では、ＭＥＡ２０４がレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作している間のＭＥＡ２０４の隣接する対の間の電気接触抵抗は、（例えば、レドックス・フロー・バッテリ・セルとしてのＭＥＡ２０４の動作中に、隣接するＭＥＡ２０４の対の各導電性シートが互いに押し付けられ得るため）ＭＥＡ２０４がレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作していない間のＭＥＡ２０４の隣接する対の間の電気接触抵抗より低くてよい。したがって、互いに物理的に接触し、それらの間に相対的に低い電気接触抵抗を有している、隣接するＭＥＡ２０４の導電性シートは、直列に電気を通してよい。
各特定のＭＥＡ２０４は、特定のＭＥＡ２０４の押し出し熱可塑性シートまたはフレームの各々における開口部を揃えることによって形成された１つまたは複数の電解液ポートを含んでよい。例えば、分解図２００では、ＭＥＡ２０４の各々は、内部容積に流体結合された第１の正電解液ポート２０６ａ、第２の正電解液ポート２０６ｂ、第１の負電解液ポート２０８ａ、および第２の負電解液ポート２０８ｂの各々を含んでよい。１つの例では、第１および第２の正電解液ポート２０６ａ、２０６ｂの各々は、（例えば、図５Ｃを参照して下で詳細に説明されるように、押し出し熱可塑性シートまたはフレームのうちの２つの間に形成された各正電解液通路を介して）正極区画に流体結合されてよく、第１および第２の負電解液ポート２０８ａ、２０８ｂの各々は、（例えば、図５Ｃを参照して下で詳細に説明されるように、押し出し熱可塑性シートまたはフレームのうちの２つの間に形成された各負電解液通路を介して）負極区画に流体結合されてよい。
一部の例では、第１および第２の正電解液ポート２０６ａ、２０６ｂのうちの１つが、正電解液の入り口として機能してよく、一方、第１および第２の正電解液ポート２０６ａ、２０６ｂのうちの他の１つが、正電解液の出口として機能してよく、正電解液が、正電解液の入り口を介して特定のＭＥＡ２０４に入り、特定のＭＥＡ２０４の正極区画を通って流れ、正電解液の出口を介して特定のＭＥＡ２０４から出てよい。同様に、一部の例では、第１および第２の負電解液ポート２０８ａ、２０８ｂのうちの１つが、負電解液の入り口として機能してよく、一方、第１および第２の負電解液ポート２０８ａ、２０８ｂのうちの他の１つが、負電解液の出口として機能してよく、負電解液が、負電解液の入り口を介して特定のＭＥＡ２０４に入り、特定のＭＥＡ２０４の負極区画を通って流れ、負電解液の出口を介して特定のＭＥＡ２０４から出てよい。
ＭＥＡ２０４の各々の１つまたは複数の電解液ポートは、ＭＥＡ２０４の各々（例えば、ＭＥＡ２０４の各々の内部容積）をそれぞれ互いに流体結合する１つまたは複数の電解液マニホールドを形成するように揃えられてよい。例えば、分解図２００では、ｚ軸に沿ってＭＥＡ２０４の第１の正電解液ポート２０６ａの各々を揃えることによって、第１の正電解液マニホールド２１６ａが形成されてよく、ｚ軸に沿ってＭＥＡ２０４の第２の正電解液ポート２０６ｂの各々を揃えることによって、第２の正電解液マニホールド２１６ｂが形成されてよく、ｚ軸に沿ってＭＥＡ２０４の第１の負電解液ポート２０８ａの各々を揃えることによって、第１の負電解液マニホールド２１８ａが形成されてよく、ｚ軸に沿ってＭＥＡ２０４の第２の負電解液ポート２０８ｂの各々を揃えることによって、第２の負電解液マニホールド２１８ｂが形成されてよい。一部の例では、第１および第２の正電解液マニホールド２１６ａ、２１６ｂのうちの１つが、正電解液の入り口マニホールドとして機能してよく、一方、第１および第２の正電解液マニホールド２１６ａ、２１６ｂのうちの他の１つが、正電解液の出口マニホールドとして機能してよく、正電解液が、正電解液の入り口マニホールドを介してＭＥＡスタック２０２に入り、ＭＥＡ２０４の各々の正極区画を通って流れ、正電解液の出口マニホールドを介してＭＥＡスタック２０２から出てよい。同様に、一部の例では、第１および第２の負電解液マニホールド２１８ａ、２１８ｂのうちの１つが、負電解液の入り口マニホールドとして機能してよく、一方、第１および第２の負電解液マニホールド２１８ａ、２１８ｂのうちの他の１つが、負電解液の出口マニホールドとして機能してよく、負電解液が、負電解液の入り口マニホールドを介してＭＥＡスタック２０２に入り、ＭＥＡ２０４の各々の負極区画を通って流れ、負電解液の出口マニホールドを介してＭＥＡスタック２０２から出てよい。
一部の例では、図２Ｂおよび４Ａ～４Ｃを参照して下で詳細に説明されるように、各ＭＥＡ２０４の１つまたは複数の電解液ポートにそれぞれ含まれている電解液分配インサートを機械的に連結することによって、第１および第２の正電解液マニホールド２１６ａ、２１６ｂならびに第１および第２の負電解液マニホールド２１８ａ、２１８ｂが形成されてよい。実施形態例では、ＭＥＡ２０４の隣接する対の電解液分配インサートは互いに機械的に連結し、それによって、（例えば、機械的に連結している電解液分配インサートの対の間で正電解液または負電解液が漏れ得ないように）そこから形成された電解液マニホールドを密封してよい。したがって、このようにして電解液マニホールドを密封することによって、ＭＥＡ２０４間の空間または界面が乾燥し、正電解液および負電解液が実質的になくなることができる。
（例えば、電解液分配インサートの対を介して）互いに機械的に連結するようにＭＥＡ２０４を構成することによって、ＭＥＡスタック２０２は、特定の用途に従ってＭＥＡ２０４が追加されるか、除去されるか、交換されるか、または代用され得るように、モジュール式の方法で形成されてよい。例として、あるＭＥＡ２０４が劣化していると決定された場合、このＭＥＡ２０４は、ＭＥＡスタック２０２から機械的に切り離され、新しい（劣化していない）ＭＥＡ２０４に置き換えられてよい。別の例として、ＭＥＡスタック２０２の内部または上に、ＭＥＡ２０４と異なる構成を有するアセンブリが積み重ねられてよい。
例えば、レドックス・フロー・バッテリ・システムは、ＭＥＡ２０４と共に連続的積み重ねで配置された（例えば、ＭＥＡスタック２０２の上に積み重ねられた）１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリを含んでよく（例えば、１つまたは複数のリバランス・セルの少なくとも一部が、図１のリバランス・リアクタ８０、８２のうちのどちらかとして独立して構成されてよい）、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリのうちの少なくとも１つが、電解液分配インサートの対を介して、ＭＥＡ２０４のうちの少なくとも１つと機械的と連結してよい（それによって、電解液マニホールドのうちの少なくとも１つを介して、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリをＭＥＡスタック２０２に流体結合する）。例えば、特定のリバランス・セル・アセンブリの１つの側面で、特定のリバランス・セル・アセンブリの電解液分配インサートが、隣接するＭＥＡ２０４（または隣接するリバランス・セル・アセンブリ）の各電解液分配インサートと機械的に連結してよい。特定のリバランス・セル・アセンブリの反対側で、特定のリバランス・セル・アセンブリの電解液分配インサートが、別の隣接するリバランス・セル・アセンブリの各電解液分配インサートと機械的に連結してよい（または、特定のリバランス・セル・アセンブリの反対側の電解液分配インサートが、例えば、リバランス・セル・アセンブリが介在せずに、レドックス・フロー・バッテリ・システムの電解液サブシステムと流体的に直接結合してよい）。
したがって、一部の例では、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリのうちの（例えば、リバランス・セル・アセンブリのサブスタックの下端または上端での）１つのみがＭＥＡ２０４のうちの（例えば、ＭＥＡスタック２０２の上端または下端での）１つのみと機械的に連結することができるように、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリが、ＭＥＡスタック２０２から分離した１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリのサブスタックに積み重ねられてよい。このようにして、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリをＭＥＡスタック２０２と近接して配置することは、ＭＥＡスタック２０２と１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリの間の長い電解液流路を回避することによって、動作中のｐＨレベルで不安定化されることがある電解液内の副反応が急速に再び安定化されるか、または維持され得るという点において、有利であることがある。ＭＥＡスタック２０２のＭＥＡ２０４は、そこを通る相対的に大きい電流を、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリには非実用的なレベルで駆動することができる。したがって、実施形態例では、１つまたは複数のリバランス・セルが、ＭＥＡスタック２０２に（例えば、ＭＥＡスタック２０２の上端または下端に）流体結合されたまま、ＭＥＡスタック２０２から電気的に切り離されてよい。
特定の例では、ＭＥＡスタック２０２から分離して１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリがパッケージ化され得るように、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリが、ＭＥＡスタック２０２に機械的に直接結合されなくてよい（例えば、レドックス・フロー・バッテリ・システムのパイプおよび／または他のコンポーネントが、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリとＭＥＡスタック２０２の間に配置されてよい）。そのような例では、追加のハードウェア（例えば、パイプ、過剰な流体圧力を封じ込めるための圧力板など）が実装されてよく、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリが電解液分配インサートの対を介してＭＥＡスタック２０２と機械的に連結される例と比較して、より大きい床面積が利用されてよい。
ここで図２Ｂを参照すると、ＭＥＡ２０４を示す分解図２５０が示されている。実施形態例では、ＭＥＡ２０４は、図２ＡのＭＥＡスタック２０２のＭＥＡ２０４のうちの１つであってよい。したがって、一部の例では、ＭＥＡ２０４は、レドックス・フロー・バッテリ・システム内のレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作してよい。
ＭＥＡ２０４は、互いに溶着されたか、または他の方法で接着された１つまたは複数の押し出し熱可塑性シートまたはフレームから形成された筐体（例えば、図２Ａの筐体２１０）を含んでよい。一部の例では、１つまたは複数の押し出し熱可塑性シートまたはフレームは、上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２を含んでよい。そのような例では、上側熱可塑性フレーム２６２は、中央熱可塑性フレーム２７２に溶着されるか、または他の方法で接着されて、（図３を参照して下で詳細に説明されるように）正極区画を形成してよい。同様に、そのような例では、下側熱可塑性フレーム２９２は、中央熱可塑性フレーム２７２に溶着されるか、または他の方法で接着されて、（図３を参照して下で詳細に説明されるように）負極区画を形成してよい。
１つまたは複数の押し出し熱可塑性シートまたはフレームの各々は、その中に配置され、ｚ軸に沿ってそれを通って伸びる１つまたは複数の開口部を含んでよい。例えば、分解図２５０に示されているように、上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２は、中央開口部２６５、２７５、および２９５をそれぞれ含んでよい。中央開口部２６５、２７５、および２９５は、（例えば、ｚ軸に対して垂直な平面内に）長方形を有するように示されている。しかし、中央開口部２６５、２７５、および２９５の各々の形状が、特定の用途の必要に応じて、他の多角形で、または円形、楕円形、もしくは不規則な形状で、独立して構成されてよいということが、理解されるであろう。さらに、分解図２５０では、中央開口部２６５、２７５、および２９５が、実質的に同等のサイズを有するように示されているが、他の例では、中央開口部２６５、２７５、および２９５のサイズは変化してよい。
一部の例では、中央開口部２６５、２７５、および２９５の各々は、対応するシートによって、それらの各外周で封止されてよい。例として、上側導電性シート２６０は、中央開口部２６５がその外周で封止され得る（例えば、密封され得る）ように、上側熱可塑性フレーム２６２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。別の例として、下側導電性シート２９０は、中央開口部２９５がその外周で封止され得る（例えば、密封され得る）ように、下側熱可塑性フレーム２９２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。一部の例では、上側導電性シート２６０および下側導電性シート２９０の各々は、同じ構造構成および組成に対応してよい（しかし、上側導電性シート２６０および下側導電性シート２９０の相対的配置は、互いに異なってよい）。したがって、そのような例では、上側導電性シート２６０および下側導電性シート２９０の各々は、図２Ａを参照して上で説明された構造および組成の特徴の各々を含んでよい。例えば、上側導電性シート２６０および下側導電性シート２９０の各々は、炭素繊維で構成されてよい。
さらに別の例として、膜シート２７０は、中央開口部２７５がその外周で封止され得る（例えば、密封され得る）ように、中央熱可塑性フレーム２７２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。そうすることにおいて、膜シート２７０は、正極区画および負極区画を形成するように、ＭＥＡ２０４の内部容積を２分してよい。したがって、膜シート２７０は、正区画と負区画の間に配置され、正区画および負区画の各々の側面を形成してよい。膜シート２７０は、それを通して特定のイオンの伝導を可能にしながら、正電解液および負電解液の大量の混合を防ぐ電気絶縁イオン伝導性バリア（例えば、任意選択的に、流体のクロスオーバーを軽減するためにＮａｆｉｏｎ（商標）で覆われた、イオン交換膜バリア、微多孔膜、柔軟な多孔質セラミック・セパレータなど）で構成されてよい。電気絶縁イオン伝導性バリアは、中央熱可塑性フレーム２７２への膜シート２７０の接着中に耐えられる接着力および温度に耐えるように、さらに選択されてよい。
上側導電性シート２６０、膜シート２７０、および下側導電性シート２９０の各々の最小寸法は、ｚ軸に対して垂直であってよく、ｚ軸に対して垂直な平面への上側導電性シート２６０、膜シート２７０、および下側導電性シート２９０の各々の正投影は、中央開口部２６５、２７５、および２９５の形状に類似する、わずかにより大きい形状をそれぞれ有してよい。例えば、上側導電性シート２６０、膜シート２７０、および下側導電性シート２９０の各々の正投影の形状は、それぞれ、中央開口部２６５、２７５、および２９５の長方形よりわずかに大きい長方形であってよい。しかし、上側導電性シート２６０、膜シート２７０、および下側導電性シート２９０の各々の正投影の形状が、特定の用途の必要に応じて（例えば、非長方形の中央開口部２６５、２７５、または２９５にそれぞれ従うように）、他の多角形で、または円形、楕円形、もしくは不規則な形状で、独立して構成されてよいということが、理解されるであろう。さらに、分解図２５０では、上側導電性シート２６０、膜シート２７０、および下側導電性シート２９０が、実質的に同等のサイズを有するように示されているが、他の例では、上側導電性シート２６０、膜シート２７０、および下側導電性シート２９０のサイズは変化してよい。
分解図２５０にさらに示されているように、上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２の各々は、その中に配置され、ｚ軸に沿ってそれを通って伸びる１つまたは複数のポート開口部をさらに含んでよい。１つの例では、上側熱可塑性フレーム２６２は、第１の正電解液ポート開口部２６６ａ、第２の正電解液ポート開口部２６６ｂ、第１の負電解液ポート開口部２６８ａ、および第２の負電解液ポート開口部２６８ｂを含んでよい。中央熱可塑性フレーム２７２は、第１の正電解液ポート開口部２７６ａ、第２の正電解液ポート開口部２７６ｂ、第１の負電解液ポート開口部２７８ａ、および第２の負電解液ポート開口部２７８ｂを含んでよい。下側熱可塑性フレーム２９２は、第１の正電解液ポート開口部２９６ａ、第２の正電解液ポート開口部２９６ｂ、第１の負電解液ポート開口部２９８ａ、および第２の負電解液ポート開口部２９８ｂを含んでよい。
上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２は、上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２の各々における１つまたは複数のポート開口部が１つまたは複数の電解液ポートをそれぞれ形成し得るように、ｚ軸に沿って揃えられてよい。１つの例では、第１の正電解液ポート開口部２６６ａ、２７６ａ、および２９６ａは、第１の正電解液ポート（例えば、図２Ａの第１の正電解液ポート２０６ａ）を形成するように一列に揃ってよく、第２の正電解液ポート開口部２６６ｂ、２７６ｂ、および２９６ｂは、第２の正電解液ポート（例えば、図２Ａの第２の正電解液ポート２０６ｂ）を形成するように一列に揃ってよく、第１の負電解液ポート開口部２６８ａ、２７８ａ、および２９８ａは、第１の負電解液ポート（例えば、図２Ａの第１の負電解液ポート２０８ａ）を形成するように一列に揃ってよく、第２の負電解液ポート開口部２６８ｂ、２７８ｂ、および２９８ｂは、第２の負電解液ポート（例えば、図２Ａの第２の負電解液ポート２０８ｂ）を形成するように一列に揃ってよい。
ポート開口部は、（例えば、ｚ軸に対して垂直な平面内に）円形を有するように示されている。しかし、ポート開口部の各々の形状が、特定の用途の必要に応じて、楕円形、多角形、または不規則な形状で、独立して構成されてよいということが、理解されるであろう。さらに、分解図２５０では、ポート開口部が、実質的に同等のサイズを有するように示されているが、他の例では、ポート開口部のサイズは変化してよい。一部の例では、分解図２５０に示されているように、ポート開口部（例えば、２６６ａ、２６６ｂ、２６８ａ、２６８ｂ、２７６ａ、２７６ｂ、２７８ａ、２７８ｂ、２９６ａ、２９６ｂ、２９８ａ、２９８ｂ）の各々のサイズは、中央開口部２６５、２７５、および２９５の各々より小さくてよい。
分解図２５０にさらに示されているように、電解液分配インサート２８２は、隣接する押し出し熱可塑性シートまたはフレームのポート開口部間にそれぞれ配置されてよく、電解液分配インサート２８２は、隣接する押し出し熱可塑性シートまたはフレームの互いへの接着によって、定位置に保持されている。１つの例では、電解液分配インサート２８２の少なくとも一部が、上側熱可塑性フレーム２６２と中央熱可塑性フレーム２７２の間に配置されてよい。例えば、電解液分配インサート２８２のうちの１つが、第１の負電解液ポート開口部２６８ａと第１の負電解液ポート開口部２７８ａの間に配置されてよく、電解液分配インサート２８２のうちの別の１つが、第２の負電解液ポート開口部２６８ｂと第２の負電解液ポート開口部２７８ｂの間に配置されてよい。同様に、追加または代替の例では、電解液分配インサート２８２の少なくとも一部が、中央熱可塑性フレーム２７２と下側熱可塑性フレーム２９２の間に配置されてよい。例えば、電解液分配インサート２８２のうちの１つが、第１の正電解液ポート開口部２７６ａと第１の正電解液ポート開口部２９６ａの間に配置されてよく、電解液分配インサート２８２のうちの別の１つが、第２の正電解液ポート開口部２７６ｂと第２の正電解液ポート開口部２９６ｂの間に配置されてよい。
各特定の電解液分配インサート２８２は、２つのポート開口部の周囲に配置されてよく、これら２つのポート開口部間に、特定の電解液分配インサート２８２が配置される。例えば、ポート開口部が円形を有する場合、それに応じて、電解液分配インサートは環状であってよい。このようにして、電解液分配インサート２８２の各々は、電解液ポートのうちの対応する１つの周囲を囲んでよい。
図４Ａ～４Ｃを参照して下でさらに詳細に説明されるように、複数の電解液チャネルが、電解液分配インサート２８２の各々の外周の周りに配置され、電解液ポートをＭＥＡ２０４の電解液通路に流体結合してよい。各正電解液ポートまたは負電解液ポートを介して正電解液または負電解液がＭＥＡ２０４に流れ込むときに、正電解液または負電解液は、複数の電解液チャネルを介して各正電解液通路または負電解液通路に均等に分配されてよい。このようにして、電解液分配インサート２８２の各々の複数のチャネルを介して、正電解液および負電解液がＭＥＡ２０４の内部容積に入り、ＭＥＡ２０４の内部容積から出てよい。
図５Ａ～５Ｃを参照して下でさらに詳細に説明されるように、正電解液ポートの各々は、中央熱可塑性フレーム２７２と下側熱可塑性フレーム２９２の間に形成された各正電解液通路に流体結合されてよく、負電解液ポートの各々は、上側熱可塑性フレーム２６２と中央熱可塑性フレーム２７２の間に形成された各負電解液通路に流体結合されてよい。１つの例では、中央熱可塑性フレーム２７２に形成された上側のくぼみ２７４ａ、２７４ｂは、下側熱可塑性フレーム２９２の上面と組み合わさって、正電解液通路を形成してよい。さらに示されているように、上側熱可塑性フレーム２６２に形成された上側のくぼみ２６４ａ、２６４ｂは、上側のくぼみ２７４ａ、２７４ｂをそれぞれ受け止めてよい。同様に、１つの例では、中央熱可塑性フレームに形成された下側のくぼみ２８４ａ、２８４ｂは、上側熱可塑性フレーム２６２の下面と組み合わさって、負電解液通路を形成してよい。さらに示されているように、下側熱可塑性フレーム２９２に形成された下側のくぼみ２９４ａ、２９４ｂは、下側のくぼみ２８４ａ、２８４ｂをそれぞれ受け止めてよい。
ここで図３を参照すると、図２ＢのＭＥＡ２０４を示す概略断面図３００が示されている。実施形態例では、ＭＥＡ２０４は筐体２１０を含んでよく、筐体２１０は、正極区画３１２および負極区画３１４に少なくとも分割された内部容積３１０を少なくとも部分的に取り囲む。正極区画３１２および負極区画３１４は、正極区画３１２と負極区画３１４の間のイオンの移動を可能にし得る一体化された膜（例えば、膜シート２７０）によって分離されてよい。さらに、ＭＥＡ２０４は、電解液サブシステムに流体結合されてよく、電解液サブシステムは、正電解液３２２および負電解液３２４を、（例えば、送り込むことによって）正極区画３１２および負極区画３１４を通ってそれぞれ循環させてよい。このようにして、ＭＥＡ２０４は、レドックス・フロー・バッテリ・システム内のレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作してよい。
概略断面図３００に示されているように、上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２は、少なくともその各外周に沿って互いに溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。１つの例では、上側熱可塑性フレーム２６２は、その各外周に沿った接着領域３３０ａで中央熱可塑性フレーム２７２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよく、中央熱可塑性フレーム２７２は、その各外周に沿った接着領域３３０ａで下側熱可塑性フレーム２９２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。概略断面図３００にさらに示されているように、上側熱可塑性フレーム２６２および下側熱可塑性フレーム２９２の各々は、その各外周から（例えば、接着領域３３０ａから）ｚ軸に沿って互いに反対方向に離れて広がってよい。したがって、正極区画３１２が、上側熱可塑性フレーム２６２と中央熱可塑性フレーム２７２の間に形成されてよく、負極区画３１４が、中央熱可塑性フレーム２７２と下側熱可塑性フレーム２９２の間に形成されてよい。一部の例では、（例えば、接着領域３３０ｂで上側熱可塑性フレーム２６２に溶着されたか、または他の方法で接着された）上側導電性シート２６０および（例えば、接着領域３３０ｃで中央熱可塑性フレーム２７２に溶着されたか、または他の方法で接着された）膜シート２７０によって、正極区画３１２の両面が少なくとも部分的に形成されてよい。同様に、一部の例では、（例えば、接着領域３３０ｃで中央熱可塑性フレーム２７２に溶着または接着された）膜シート２７０および（例えば、接着領域３３０ｄで下側熱可塑性フレーム２９２に溶着または接着された）下側導電性シート２９０によって、負極区画３１４の両面が少なくとも部分的に形成されてよい。
上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２は、正極区画３１２および負極区画３１４がそこで密封されるように、互いに、ならびに上側導電性シート２６０、膜シート２７０、および下側導電性シート２９０にさまざまに、溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。したがって、接着領域３３０ａの幅３３２ａ、接着領域３３０ｂの幅３３２ｂ、接着領域３３０ｃの幅３３２ｃ、および接着領域３３０ｄの幅３３２ｄの各々は、（例えば、最大で、ＭＥＡ２０４の内圧が最高値になると予想され得るときまでの）予想される力の範囲、組成、および構造構成全体に従って、レドックス・フロー・バッテリ・セルとしてのＭＥＡ２０４の動作中の密封を保証するために指定された少なくとも最小幅であってよい。例えば、幅３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、および３３２ｄの各々は、少なくとも３ｍｍであってよい。しかし、ＭＥＡ２０４の特定の構造および組成の考慮事項に応じて、他の最小幅値が選択されてよい。追加的または代替的に、幅３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、および３３２ｄの各々は、極端な動作条件（例えば、低ｐＨ領域での、リバランス動作の前の、レドックス・フロー・バッテリ・システムの初期充電中の過剰な水素ガス生成に関連する、相対的に高い温度、相対的に高い圧力など）の間のＭＥＡ２０４の過剰な内圧を考慮するために、最小幅より多少大きくてよい。例えば、幅３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、および３３２ｄの各々は、最大で１ｃｍまでであってよい。
一部の例では、上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２は、接着剤または他の粘着性物質がＭＥＡ２０４のコンポーネント間に含まれないように、互いに、ならびに上側導電性シート２６０、膜シート２７０、および下側導電性シート２９０にさまざまに、溶着のみが行われてよい。このようにして、相対的に高価な接着剤が取り除かれ得るため、ＭＥＡ２０４の製造中のコストがされに減らされてよい。
ＭＥＡ２０４がレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作しているときに、ＭＥＡ２０４は、基本（収縮した）構成から膨張した構成に拡大または膨張してよい。例えば、筐体２１０は、上側導電性シート２６０、膜シート２７０、および下側導電性シート２９０のうちの１つまたは複数が、その初期位置と相対的にｚ軸に沿ってシフトし得るように、（双方向の破線３２０によって示されているように）ｚ軸の正方向および負方向に沿って外側に拡大してよい。１つの例では、ｚ軸の正方向および負方向に沿った筐体２１０の外側への拡大は、（接着領域（例えば、３３０ａ）を除いて）ＭＥＡ２０４を取り囲む外部環境に曝される上側熱可塑性フレーム２６２の部分と下側熱可塑性フレーム２９２の部分の間にわたって実質的に均等に分散されてよい（一方、筐体２１０は、あまり柔軟でなくてよく、それに応じて、あまり拡張可能でないか、または実質的に拡張不可能であってよい）。それと共に、内部容積３１０（例えば、正極区画３１２および負極区画３１４の各々）は、正電解液３２２および負電解液３２４がそれを通って循環するときに、第１の流体圧力から第２の流体圧力に上昇する内部容積３１０内の流体圧力に応答して、第１の容積から第２の容積に拡大または膨張してよい。ｘ軸およびｙ軸に沿った筐体２１０の縮小／拡大は、実際には無視できることがある。例えば、ｚ軸に沿った拡大中に筐体がピンと張られたときに、ｘ軸およびｙ軸に沿った相対的に小さい縮小が（例えば、接着領域３３０ａに）生じることがあるが、そのような縮小は、レドックス・フロー・バッテリ・システムの実際の動作にとって重要でないと見なされてよい。
それに応じて、ＭＥＡ２０４がレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作していないときに、ＭＥＡ２０４は、膨張した構成から基本（収縮した）構成に縮小または収縮してよい。例えば、筐体２１０は、上側導電性シート２６０、膜シート２７０、および下側導電性シート２９０のうちの１つまたは複数が、相対的にｚ軸に沿ってシフトしてその初期位置に戻り得るように、（双方向の破線３２０によって示されている外側への拡大と反対の）ｚ軸の正方向および負方向に沿って内側に縮小してよい。１つの例では、ｚ軸の正方向および負方向に沿った筐体２１０の内側への縮小は、（接着領域（例えば、３３０ａ）を除いて）ＭＥＡ２０４を取り囲む外部環境に曝される上側熱可塑性フレーム２６２の部分と下側熱可塑性フレーム２９２の部分の間にわたって実質的に均等に分散されてよい（一方、筐体２１０は、より硬くてよく、それに応じて、あまり縮小可能でないか、または実質的に縮小不可能であってよい）。それと共に、内部容積３１０（例えば、正極区画３１２および負極区画３１４の各々）は、正電解液３２２および負電解液３２４がそれを通る循環を減らすか、または停止するときに、第２の流体圧力から第１の流体圧力に低下する内部容積３１０内の流体圧力に応答して、第２の容積から第１の容積に縮小または収縮してよい。
一部の例では、内部容積３１０は、例えば、内部容積３１０が第２の容積に拡大されるときに面共有接触するように配置された、ｚ軸に沿った物理的制約によって、最大容積未満に維持されてよい。例として、図２Ａを参照すると、物理的制約は、（例えば、ＭＥＡ２０４が、ＭＥＡスタック２０２の上端２１４ａおよび下端２１４ｂとは対照的に、ＭＥＡスタック２０２の中央に配置される場合に）隣接するＭＥＡ２０４の対が、ｚ軸に沿ってそれらの間にＭＥＡ２０４を挟み込むことを含んでよい。別の例として、物理的制約は、（例えば、ＭＥＡ２０４がＭＥＡスタック２０２の上端２１４ａまたはＭＥＡスタック２０２の下端２１４ｂに配置される場合に）隣接するＭＥＡ２０４および圧力板を含んでよい。そのような例では、上側圧力板および下側圧力板がＭＥＡスタック２０２全体のｚ軸に沿って拡大を制約し得るように、上側圧力板が、ＭＥＡスタック２０２の上端２１４ａでＭＥＡ２０４と面共有接触して配置されてよく、下側圧力板が、ＭＥＡスタック２０２の下端２１４ｂでＭＥＡ２０４と面共有接触して配置されてよい。１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリがＭＥＡスタック２０２の上に積み重ねられる代替の例では、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリが、上側圧力板とＭＥＡスタック２０２の上端２１４ａでのＭＥＡ２０４の間、または下側圧力板とＭＥＡスタック２０２の下端２１４ｂでのＭＥＡ２０４の間に配置されてよい。
ここで図３を参照すると、一部の例では、ＭＥＡ２０４への電解液の流れは、コンポーネントの対の間の密封におけるコンポーネントの劣化も破裂もなく、ＭＥＡ２０４内に加えられる流体圧力が最大流体圧力まで耐えられ得るように、（例えば、図１のコントローラ８８で実行される命令に基づいて）制御可能に調整することができてよい。１つの例では、正電解液３２２および負電解液３２４の各々の流量は、それらの間の流体圧力差を最大流体圧力未満に維持するように、独立して調整されてよい。最大流体圧力は、膜シート２７０を横切る液圧クロスオーバー（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）を防ぐように選択されてよい。そのような液圧クロスオーバーは、ＭＥＡ２０４の電気化学的性能および寿命を不必要に阻害することがある。１つの例では、最大流体圧力は、１０ｋＰａであってよい。
追加または代替の例では、電解液の流れを動的に制限するために、収縮機能（例えば、調整可能な隔壁）が、正電解液３２２および／または負電解液３２４の流路に沿って配置されてよい。例えば、流体クロスオーバー軽減機能（例えば、Ｎａｆｉｏｎ（商標）のコーティング）を含んでも含まなくてもよい、より広い範囲の組成から膜シート２７０が選択され得るように、正電解液３２２と負電解液３２４の間の圧力差をバランス調整し、維持するために、収縮機能が、内部容積３１０の拡大および縮小中の（例えば、レドックス・フロー・バッテリ・システムのさまざまな動作モードの間の）電解液の流れを受動的に制御してよい。そのような例では、膜シート２７０は、（例えば、やはりコーティングされない膜を使用する鉛酸バッテリなどの静的システムと同様に）どの追加のコーティングもなしで形成されてよく、これによって、レドックス・フロー・バッテリ・システムの電気化学的性能を実質的に維持しながら、ＭＥＡ２０４の全体的な製造コストを減らすことができる。
構造的安定性および強度を筐体２１０にもたらすように、上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２の各厚さ３４２、３４４、および３４６がさらに選択されてよい。一部の例では、上側熱可塑性フレーム２６２および下側熱可塑性フレーム２９２は、筐体２１０のより大きい比率の外面を構成する（そのため、上側熱可塑性フレーム２６２および下側熱可塑性フレーム２９２は、レドックス・フロー・バッテリ・セルとしてのＭＥＡ２０４の動作中に、中央熱可塑性フレーム２７２より大きい合計の力に曝されることがある）ため、中央熱可塑性フレーム２７２の厚さ３４４は、上側熱可塑性フレーム２６２の厚さ３４２および下側熱可塑性フレーム２９２の厚さ３４６の各々より小さくてよい。例えば、中央熱可塑性フレーム２７２の厚さ３４４は、少なくとも０．０７ｍｍであってよく、一方、上側熱可塑性フレーム２６２の厚さ３４２および下側熱可塑性フレーム２９２の厚さ３４６の各々は、少なくとも１ｍｍであってよい。したがって、そのような例では、中央熱可塑性フレーム２７２は、上側熱可塑性フレーム２６２および下側熱可塑性フレーム２９２より柔軟であってよい。
方程式（２）のレドックス反応を促進するために、さまざまなコンポーネントが正極区画３１２内に配置されてよい。例えば、概略断面図３００に示されているように、正極３０２が、上側導電性シート２６０と膜シート２７０の間の正電解液３２２内に配置されてよい。一部の例では、正極３０２は、炭素フェルトなどのフェルトで構成されてよく、フェルトは、レドックス・フロー・バッテリ・システムの充電中に正電解液３２２と接触するときのＦｅ２＋の酸化、およびレドックス・フロー・バッテリ・システムの放電中に正電解液３２２と接触するときのＦｅ３＋の還元に役立つことができる。
同様に、方程式（１）のめっき反応を促進するために、さまざまなコンポーネントが負極区画３１４内に配置されてよい。例えば、概略断面図３００に示されているように、負極スペーサ３０４が、膜シート２７０と下側導電性シート２９０の間の負電解液３２４内に配置されてよい。一部の実施例では、負極スペーサ３０４は、プラスチック・メッシュなどの非導電性メッシュで構成されてよく、非導電性メッシュは、そこからの負電解液３２４の分配およびＦｅ２＋のめっきのための（例えば、図３に示されていない負極の表面に沿った）流路を定めることができ、膜シート２７０が下側導電性シート２９０のしきい値近接以内に近づく（特定の例では、これが短絡を引き起こすことがある）のを防ぐためのセパレータとして、さらに機能することができる。一部の例では、（例えば、レドックス・フロー・バッテリ・システムの動作中に負電解液３２４と流体接触する）ｚ軸に沿って正方向を向いている下側導電性シート２９０の面は、化学反応（例えば、方程式（１）のめっき反応）が発生し得る表面積を増やすために、ざらつきがあってよい。
追加または代替の例では、負極区画３１４に入る負電解液３２４に、相対的に小さい量の流体背圧（および、それによる圧力降下）を作り出すことによって、負電解液３２４の流れの分配をさらに改善するために、非導電性フェルト・ストリップが、負極区画３１４内の、例えば負電解液３２４の入り口に、または入り口に隣接して、配置されてよい。そのような例では、ｙ軸に沿った非導電性フェルト・ストリップの長さは、ｙ軸に沿ったＦｅ０のめっきのための負極区画３１４内の活性化領域の長さ（例えば、負電解液３２４と流体接触する下側導電性シート２９０の部分の長さ）と実質的に同等であってよく、一方、ｘ軸に沿った非導電性フェルト・ストリップの幅は、相対的に小さくてよい（例えば、約１ｃｍであってよい）。
正極区画３１２および負極区画３１４は、正電解液３２２および負電解液３２４でそれぞれ満たされ、その中に、正極３０２および負極スペーサ３０４などのさまざまなコンポーネントをそれぞれ浸してよい。実施形態例では、レドックス・フロー・バッテリ・セルとしてのＭＥＡ２０４の動作中に、正極区画３１２の使用可能な容積が正電解液３２２によって実質的に完全に満たされるように、正電解液３２２が正極区画３１２を通って循環してよい。したがって、レドックス・フロー・バッテリ・セルとしてのＭＥＡ２０４の動作中に、正極区画３１２内の流体圧力が増加し、それによって、筐体２１０を拡大するか、または膨張させてよい。同様に、レドックス・フロー・バッテリ・セルとしてのＭＥＡ２０４の動作中に、負極区画３１４の使用可能な容積が負電解液３２４によって実質的に完全に満たされるように、負電解液３２４が負極区画３１４を通って循環してよい。したがって、レドックス・フロー・バッテリ・セルとしてのＭＥＡ２０４の動作中に、負極区画３１４内の流体圧力が増加し、それによって、筐体２１０を拡大するか、または膨張させてよい。
ここで図４Ａ～４Ｃを参照すると、電解液分配インサート２８２の例示的な構成を示す透視断面図４００および４４０ならびに概略断面図４８０が、それぞれ示されている（図４Ｃの概略断面図４８０は、図４Ｂの透視断面図４４０の切断線４Ｃ－４Ｃによって定義された分割平面によって示されている）。実施形態例では、電解液分配インサート２８２は、複数の電解液チャネル・パーティション４０６間に配置された複数の電解液チャネル４０８を含む成形プラスチック・リングとして形成されてよい。電解液分配インサート２８２は、（図４Ａの透視断面図４００に示されているように）上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２にそれぞれ配置された第１の負電解液ポート開口部２６８ａ、２７８ａ、および２９８ａから形成された第１の負電解液ポート２０８ａまたは（図４Ｂの透視断面図４４０に示されているように）上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２にそれぞれ配置された第１の正電解液ポート開口部２６６ａ、２７６ａ、および２９６ａから形成された第１の正電解液ポート２０６ａなどの、ＭＥＡ２０４の電解液ポート内に配置されてよい。したがって、電解液分配インサート２８２は、特定の電解液ポートと、筐体２１０の熱可塑性シート間に形成された電解液通路との間の流体結合を形成してよい。
例として、電解液分配インサート２８２は、複数の電解液チャネル４０８を介して第１の負電解液ポート２０８ａを負電解液通路４１４に流体結合してよい。別の例として、電解液分配インサート２８２は、複数の電解液チャネル４０８を介して第１の正電解液ポート２０６ａを正電解液通路４１２に流体結合してよい。下で詳細に説明されるように、例えば、複数のＭＥＡ２０４を、例えばｚ軸に沿って積み重ね、電解液分配インサート２８２を介して機械的に連結することによって、共通の流体マニホールド（例えば、図２Ａの第１の負電解液マニホールド２１８ａ、図２Ａの第１の正電解液マニホールド２１６ａなど）が形成され得るように、電解液分配インサート２８２が互いに機械的に連結してよい。このようにして、正電解液および負電解液（例えば、図４Ａ～４Ｃに示されていない図３の正電解液３２２および負電解液３２４）が、各ＭＥＡ２０４に含まれている１つまたは複数の電解液分配インサート２８２から形成された共通の流体マニホールドを介して、レドックス・フロー・バッテリ・システム内のレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作するＭＥＡ２０４のスタックに送り込まれ、循環されてよい。
電解液分配インサート２８２は、複数の電解液チャネル４０８の上面および下面をそれぞれ形成する上側プレート４０２および下側プレート４０４を含んでよい。一部の例では、電解液分配インサート２８２は、上側プレート４０２および下側プレート４０４が、電解液分配インサート２８２が配置される電解液ポートより大きい各内径４０３、４０５を有するように、成形されてよい。さらに、図４Ａ～４Ｂに示されているように、上側プレート４０２の内径４０３は、下側プレートの内径４０５より大きくてよい。したがって、一部の例では、筐体２１０の熱可塑性シートの特定の対の間に電解液分配インサート２８２を配置し、熱可塑性シートの特定の対を互いに溶着すると、電解液分配インサート２８２の位置が特定の電解液ポートの位置に密封固定され得る。
一部の例では、図４Ａおよび４Ｂの透視断面図４００および４４０にそれぞれ示されているように、電解液分配インサート２８２が、接着領域４３０で筐体２１０に溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。１つの例では（例えば、電解液分配インサート２８２が、第１の負電解液ポート２０８ａなどの負電解液ポートのうちの１つに配置される場合）、上側プレート４０２が、そこで密封を形成するように、電解液分配インサート２８２の外周の周りに広がる接着領域４３０のうちの１つで上側熱可塑性フレーム２６２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよく、下側プレート４０４が、そこで密封を形成するように、電解液分配インサート２８２の外周の周りに広がる接着領域４３０のうちの別の１つで中央側熱可塑性フレーム２７２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。同様に、１つの例では（例えば、電解液分配インサート２８２が、第１の正電解液ポート２０６ａなどの正電解液ポートのうちの１つに配置される場合）、上側プレート４０２が、そこで密封を形成するように、電解液分配インサート２８２の外周の周りに広がる接着領域４３０のうちの１つで中央熱可塑性フレーム２７２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよく、下側プレート４０４が、そこで密封を形成するように、電解液分配インサート２８２の外周の周りに広がる接着領域４３０のうちの別の１つで下側熱可塑性フレーム２９２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。
したがって、接着領域４３０の各々の（図４Ａに示されているような）幅４３２は、（例えば、ＭＥＡ２０４の内圧が最高値になると予想され得るときに）レドックス・フロー・バッテリ・セルとしてのＭＥＡ２０４の動作中の密封を保証するために指定された少なくとも最小幅であってよい。例えば、各幅４３２は、少なくとも３ｍｍであってよい。しかし、ＭＥＡ２０４の特定の構造および組成の考慮事項に応じて、他の最小幅値が選択されてよい。追加的または代替的に、各幅４３２は、極端な動作条件（例えば、低ｐＨ領域での、リバランス動作の前の、レドックス・フロー・バッテリ・システムの初期充電中の過剰な水素ガス生成に関連する、相対的に高い温度、相対的に高い圧力など）の間のＭＥＡ２０４の過剰な内圧を考慮するために、最小幅より多少大きくてよい。例えば、各幅４３２は、最大で１ｃｍまでであってよい。
複数の電解液チャネル４０８を形成するために、複数の電解液チャネル・パーティション４０６が、上側プレート４０２と下側プレート４０４の間に配置され、電解液分配インサート２８２の外周の周りで、実質的に均等に間隔を空けられてよい。したがって、複数の電解液チャネル・パーティション４０６の数は、複数の電解液チャネル４０８の数に等しくてよい。図４００、４４０、および４８０では、電解液分配インサート２８２が、１２個の電解液チャネル・パーティション４０６および１２個の電解液チャネル４０８を含むように示されているが、電解液分配インサート２８２に含まれる複数の電解液チャネル・パーティション４０６の数および複数の電解液チャネル４０８の数は特に制限されなくてよく、特定の用途の性能要求に従って、より多いか、またはより少ない電解液チャネル・パーティション４０６および電解液チャネル４０８が電解液分配インサート２８２に含まれてよい。
１つの例として、複数の電解液チャネル・パーティション４０６の数および複数の電解液チャネル４０８の数は、電解液分配インサート２８２の構造的完全性を維持しながら、できるだけ多くの電解液の流れを可能にするように選択されてよい。複数の電解液チャネル・パーティション４０６および複数の電解液チャネル４０８の各々の寸法は、同様の考慮事項、例えば、構造的完全性との電解液の流れのバランスを調整することによって、決まってよい。例として、（例えば、電解液分配インサート２８２の外周とおおよそ平行な）複数の電解液チャネル・パーティション４０６の各々の、図４Ｃに示されているような幅４８２は、構造的完全性が確実に維持され得る、電解液分配インサート２８２の組成に固有の下限を有してよい。別の例として、（例えば、電解液分配インサート２８２の外周とおおよそ平行な）複数の電解液チャネル４０８の各々の、図４Ｃに示されているような幅４８４は、複数の電解液チャネル４０８の目詰まりが軽減され得るように、下限を有してよい。
ＭＥＡ２０４は、レドックス・フロー・バッテリ・システムの電解液サブシステムに流体結合された電解液ポートを介して正電解液および負電解液を受け取ってよい。一部の例では、各電解液ポートで電解液分配インサート２８２を封止するように固定することによって、複数の電解液チャネル４０８を介して正電解液および負電解液のみがＭＥＡ２０４に入ることができる。例として、図４Ａの矢印４１０によって示されているように、負電解液が、複数の電解液チャネル４０８を介して、第１の負電解液ポート２０８ａから負電解液通路４１４に流れてよい。別の例として、図４Ｂの矢印４５０によって示されているように、正電解液が、複数の電解液チャネル４０８を介して、第１の正電解液ポート２０６ａから正電解液通路４１２に流れてよい。
電解液分配インサート２８２は、他の電解液分配インサート２８２との電解液分配インサート２８２の機械的連結のために、上側フランジ４１６および下側フランジ４１８を含んでよい。１つの例では、電解液分配インサート２８２の対の上側フランジ４１６および下側フランジ４１８は、電解液分配インサート２８２の対が互いに機械的に連結するように、図４Ｂに示されているように、連結界面または領域４５２で、互いに対になるようにかみ合ってよく、例えば、互いに対になるように成形されてよい。例として、電解液分配インサート２８２の対のうちの１つの電解液分配インサート２８２の下側フランジ４１８が、連結界面または領域４５２で、電解液分配インサート２８２の対のうちの他の電解液分配インサート２８２の上側フランジ４１６と、対になるようにかみ合ってよい。言い換えると、第１の電解液分配インサートの下側フランジ４１８が、第１の電解液分配インサートの直下に配置された第２の電解液分配インサート２８２の上側フランジ４１６内へ、ｚ軸に沿って下方にスライドし、上側フランジ４１６の内径４０３内で緊密に嵌合してよい。
別の例として、図４Ｂの透視断面図４４０に示されているように、電解液分配インサート２８２の対のうちの１つの電解液分配インサート２８２の上側フランジ４１６が、連結界面または領域４５２で、電解液分配インサート２８２の対のうちの他の電解液分配インサート２８２の下側フランジ４１８と、対になるようにかみ合ってよい。一部の例では、第１の正電解液ポート２０６ａに配置された電解液分配インサート２８２と機械的に連結されて示されている電解液分配インサート２８２が、別のＭＥＡ２０４（図４Ｂに示されていない）の電解液ポートに配置されてよいということが、理解されるべきである。このようにして、電解液分配インサート２８２は、上側フランジ４１６および下側フランジ４１８を介して機械的に連結し、それによって、（例えば、図２ＡのＭＥＡスタック２０２などのＭＥＡスタック内の）ＭＥＡ２０４の隣接する対を機械的かつ流体的に結合するように構成されてよい。
ここで図５Ａ～５Ｃを参照すると、図２ＡのＭＥＡ２０４のうちの１つの透視断面図５００および５４０、ならびに正電解液通路４１２および負電解液通路４１４の例示的な構成を示す概略上面図５８０が、それぞれ示されている。図５Ｂの透視断面図５４０は、図５Ａに示された領域５０１の詳細な図である。実施形態例では、正電解液通路４１２および負電解液通路４１４が、筐体２１０の隣接する熱可塑性シート間に形成され、電解液ポート２０６ａ、２０６ｂ、２０８ａ、および２０８ｂを、シャント防止流路を介して正極区画および負極区画（例えば、図５Ａ～５Ｃに示されていない図３の正極区画３１２および負極区画３１４）に流体結合してよい。
例えば、図５Ｂに示されているように、正電解液通路４１２が、下側熱可塑性フレーム２９２の上面２９７ａと中央熱可塑性フレーム２７２の上側のくぼみ（例えば、上側のくぼみ２７４ａ）の間に形成されてよく、負電解液通路４１４が、上側熱可塑性フレーム２６２の下面２６７ｂと中央熱可塑性フレーム２７２の下側のくぼみ（例えば、下側のくぼみ２８４ａ）の間に形成されてよい。したがって、正電解液通路４１２は、（例えば、ｚ軸の正方向に沿って）上側熱可塑性フレーム２６２の上面２６７ａから外側へ押し出されてよく、負電解液通路４１４は、（例えば、ｚ軸の負方向に沿って）下側熱可塑性フレーム２９２の下面２９７ｂから外側へ押し出されてよい。
正電解液通路４１２および負電解液通路４１４は、正電解液および負電解液（例えば、図５Ａ～５Ｃに示されていない図３の正電解液３２２および負電解液３２４）のみが、電解液ポート２０６ａ、２０６ｂ、２０８ａ、および２０８ｂ、ならびに正極区画および負極区画を介して正電解液通路４１２および負電解液通路４１４に入り、正電解液通路４１２および負電解液通路４１４から出ることができるように、接着領域５３０で、正電解液通路４１２および負電解液通路４１４を形成する熱可塑性シートの界面に沿って密封されてよい。このようにして、ＭＥＡ２０４がレドックス・フロー・バッテリ・システム内のレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作するときに、正電解液が、第１および第２の正電解液ポート２０６ａおよび２０６ｂのうちの１つを介してＭＥＡ２０４に入り、正電解液通路４１２のうちの１つに沿って正極区画に流れ、そこから正電解液通路４１２のうちの他の１つに沿って流れ、第１および第２の正電解液ポート２０６ａおよび２０６ｂのうちの他の１つを介してＭＥＡ２０４から出てよい。同様に、ＭＥＡ２０４がレドックス・フロー・バッテリ・システム内のレドックス・フロー・バッテリ・セルとして動作するときに、負電解液が、第１および第２の負電解液ポート２０８ａおよび２０８ｂのうちの１つを介してＭＥＡ２０４に入り、負電解液通路４１４のうちの１つに沿って負極区画に流れ、そこから負電解液通路４１４のうちの他の１つに沿って流れ、第１および第２の負電解液ポート２０８ａおよび２０８ｂのうちの他の１つを介してＭＥＡ２０４から出てよい。
ＭＥＡ２０４のモジュール方式（例えば、互いの容易な機械的／流体結合／分離）のため、正電解液通路４１２および負電解液通路４１４の構成全体の態様（例えば、シャント防止流路の形状、ＭＥＡ２０４に含まれる正電解液通路４１２および負電解液通路４１４の数など）は、必要に応じてレドックス・フロー・バッテリ・システムから（例えば、図２ＡのＭＥＡスタック２０２などのＭＥＡスタックから）ＭＥＡ２０４を除去および交換することによって、容易に変更され得る。例えば、図５００、５４０、および５８０では、正電解液通路４１２および負電解液通路４１４が、２つの屈曲部を含むシャント防止流路を含むように示されているが、特定の用途の性能要求に従って、より短い、より直接的な（例えば、１つの屈曲部を含むか、または屈曲部を含まない）流路、またはより長い、あまり直接的でない（例えば、３つ以上の屈曲部を含む）流路を含む他の流路構成が選択されてよい。
例えば、シャント防止流路の各々における屈曲部の数を減らすことに応じて、正電解液および負電解液（例えば、図５Ａ～５Ｃに示されていない正電解液３２２および負電解液３２４）の背圧が減り、それによって、レドックス・フロー・バッテリ・システムの電解液ポンプ（例えば、図５Ａ～５Ｃに示されていない図１の負電解液ポンプ３０および正電解液ポンプ３２）での寄生電力消費を減らすことができる。しかし、シャント防止流路の各々の屈曲部の数は、特定のＭＥＡ２０４のパッケージ制約に従って、特定のシャント防止流路の最小の長さを実現するように十分に多く選択されてよい。そのようなシャント保護の考慮事項は、ＭＥＡスタック２０２に含まれるＭＥＡ２０４の全体数の減少と共に減少する場合があり、シャント防止流路の各々の最小の長さがそれに応じて減少し得、特定の例では、より少ない屈曲部が含まれるか、または屈曲部が含まれないようにすることができる。
さらに、図５００、５４０、および５８０では、ＭＥＡ２０４が、２つの正電解液通路４１２および２つの負電解液通路４１４を含むように示されているが、正電解液の各入り口および出口のために少なくとも２つの正電解液通路４１２が設けられ、負電解液の各入り口および出口のために少なくとも２つの負電解液通路４１４が設けられる限り、正電解液通路４１２の数および負電解液通路４１４の数は特に制限されず、特定の用途の性能要求に従って、より多くの正電解液通路４１２および負電解液通路４１４がＭＥＡ２０４に含まれてよい。
図５Ａおよび５Ｂの透視断面図５００および５４０にそれぞれ示されているように、上側熱可塑性フレーム２６２、中央熱可塑性フレーム２７２、および下側熱可塑性フレーム２９２は、ｘ軸およびｙ軸によって定義された平面内に広がる正電解液通路４１２および負電解液通路４１４の少なくとも封止エッジで、互いに溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。１つの例では、正電解液通路４１２および負電解液通路４１４が密封されるように、正電解液通路４１２および負電解液通路４１４の封止エッジに沿って配置された接着領域５３０で、上側熱可塑性フレーム２６２が中央熱可塑性フレーム２７２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよく、中央熱可塑性フレーム２７２が下側熱可塑性フレーム２９２に溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。したがって、接着領域５３０の各々の幅５３２は、（例えば、ＭＥＡ２０４の内圧が最高値になると予想されるときに）レドックス・フロー・バッテリ・セルとしてのＭＥＡ２０４の動作中の密封を保証するために指定された少なくとも最小幅であってよい。例えば、各幅５３２は、少なくとも３ｍｍであってよい。しかし、ＭＥＡ２０４の特定の構造および組成の考慮事項に応じて、他の最小幅値が選択されてよい。
追加的または代替的に、各幅５３２は、極端な動作条件（例えば、低ｐＨ領域での、リバランス動作の前の、レドックス・フロー・バッテリ・システムの初期充電中の過剰な水素ガス生成に関連する、相対的に高い温度、相対的に高い圧力など）の間のＭＥＡ２０４の過剰な内圧を考慮するために、最小幅より多少大きくてよい。例えば、各幅５３２は、最大で１ｃｍまでであってよい。追加または代替の例では、ＭＥＡ２０４の拡大／縮小中に、図３の接着領域３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄと相対的により低い全体的力が接着領域５３０で持続され得るため、各幅５３２は、図３の幅３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄの各々より短くてよい。
一部の例では、正電解液通路４１２および負電解液通路４１４は、各電解液通路内で直列に互いに流体結合された、異なるセクションをそれぞれ含んでよい。例えば、図５Ｃに示されているように、正電解液通路４１２は、プレナム５６４ａ（第１および第２の正電解液ポート２０６ａ、２０６ｂのうちの１つにさらに流体結合されてよい）、第１の縦方向通路セクション５６４ｂ、第１の通路屈曲部５６４ｃ、第２の縦方向通路セクション５６４ｄ、および第２の通路屈曲部５６４ｅ（正極区画にさらに流体結合されてよく、第２の通路屈曲部５６４ｅと、上側導電性シート２６０が部分的に重複している）の連続的な流体結合から形成されてよい。同様に、負電解液通路４１４は、プレナム５９４ａ（第１および第２の負電解液ポート２０８ａ、２０８ｂのうちの１つにさらに流体結合されてよい）、第１の縦方向通路セクション５９４ｂ、第１の通路屈曲部５９４ｃ、第２の縦方向通路セクション５９４ｄ、および第２の通路屈曲部５９４ｅ（負極区画にさらに流体結合されてよく、第２の通路屈曲部５９４ｅと、図２Ｂの下側導電性シート２９０（図５Ｃに示されていない）が少なくとも部分的に重複している）の連続的な流体結合から形成されてよい。図５Ｃの概略上面図５８０は、上側のくぼみ２６４ａ、２６４ｂ（実線で示されている）によって包含されている正電解液通路４１２の異なるセクションの各々、および下側のくぼみ２９４ａ、２９４ｂ（破線で示されており、ＭＥＡ２０４の、概略上面図５８０において見ることができる特徴と反対の側にある）によって包含されている負電解液通路４１４の異なるセクションの各々を示している。
正電解液通路４１２および負電解液通路４１４が異なるセクションで形成される例では、それに応じて正電解液および負電解液は、順に（例えば、プレナム５６４ａまたは５９４ａから第２の通路屈曲部５６４ｅまたは５９４ｅへ）、または逆順に（例えば、第２の通路屈曲部５６４ｅまたは５９４ｅからプレナム５６４ａまたは５９４ａへ）異なるセクションを通って流れてよい。１つの例では、図５Ａの矢印５５０によって示されているように、正電解液が、第１の正電解液ポート２０６ａを介してＭＥＡ２０４に入り、そこから、（図５Ｃに示されているように）プレナム５６４ａ、第１の縦方向通路セクション５６４ｂ、第１の通路屈曲部５６４ｃ、第２の縦方向通路セクション５６４ｄ、および第２の通路屈曲部５６４ｅを連続的に介して正電解液通路４１２のうちの１つを通り、正極区画に流れてよい。さらに、正電解液は、第２の通路屈曲部５６４ｅ、第２の縦方向通路セクション５６４ｄ、第１の通路屈曲部５６４ｃ、第１の縦方向通路セクション５６４ｂ、およびプレナム５６４ａを連続的に介して正電解液通路４１２のうちの他の１つを通り、正極区画から第２の正電解液ポート２０６ｂに流れ、ＭＥＡ２０４から出てよい。
同様に、１つの例では、図５Ａの矢印５１０によって示されているように、負電解液が、第１の負電解液ポート２０８ａを介してＭＥＡ２０４に入り、そこから、（図５Ｃに示されているように）プレナム５９４ａ、第１の縦方向通路セクション５９４ｂ、第１の通路屈曲部５９４ｃ、第２の縦方向通路セクション５９４ｄ、および第２の通路屈曲部５９４ｅを連続的に介して負電解液通路４１４のうちの１つを通り、負極区画に流れてよい。さらに、負電解液は、第２の通路屈曲部５９４ｅ、第２の縦方向通路セクション５９４ｄ、第１の通路屈曲部５９４ｃ、第１の縦方向通路セクション５９４ｂ、およびプレナム５９４ａを連続的に介して負電解液通路４１４のうちの他の１つを通り、負極区画から第２の負電解液ポート２０８ｂに流れ、ＭＥＡ２０４から出てよい。他の例では、正電解液および負電解液が、クロスオーバーするような構成でＭＥＡ２０４を通って流れてよい（例えば、正電解液が、第１の正電解液ポート２０６ａを介してＭＥＡ２０４に入り、第２の正電解液ポート２０６ｂを介してＭＥＡ２０４から出てよく、負電解液が、第２の負電解液ポート２０８ｂを介してＭＥＡ２０４に入り、第１の負電解液ポート２０８ａを介してＭＥＡ２０４から出てよく、この逆も同様である）。
ここで図６を参照すると、ロールツーロール処理によってＭＥＡスタックを組み立て、ＭＥＡスタックをレドックス・フロー・バッテリとして動作させ、ＭＥＡスタックを試験および診断するための方法６００の例のフロー・チャートが示されている。ＭＥＡスタックの個別のＭＥＡが、ロールツーロール処理によって組み立てられてよく、これによって、成形に基づく電極アセンブリ製造工程に帰する問題を減らすか、または軽減することができる。例えば、そのような成形に基づく電極アセンブリ製造工程に対して、ロールツーロール処理は、ＭＥＡの公差の積み重ねを減らし、コスト全体および床面積を減らし、劣化した製造コンポーネント、欠陥のある製造コンポーネント、旧式の製造コンポーネント、大きい製造コンポーネントの交換を容易にすることができる（それによって、成形に基づく工程では、成形プレスのサイズ制限によって制限されることがある、より大きい形式のバッテリのためのＭＥＡの製造を可能にする）。さらに、ロールツーロール処理を採用することによって、ＭＥＡの各々の筐体を形成することにおいて、押し出し熱可塑性シートなどの相対的に柔軟な材料が採用されてよく、ＭＥＡの各々に含まれている劣化したコンポーネントのより容易な診断および再生利用を可能にすることができる。このようにして、成形に基づく工程の代わりにロールツーロール処理を採用することによって、ＭＥＡの製造工程、ならびに最終的に形成されたＭＥＡの動作および試験の各々の全体的柔軟性が向上することができる。
一部の例では、レドックス・フロー・バッテリとしてのＭＥＡスタックの動作中に、ＭＥＡスタックを通って正電解液および負電解液が循環され得るように、ＭＥＡスタックが、レドックス・フロー・バッテリ・システムにおいて実装され、その中の電解液サブシステムに流体結合されてよい。実施形態例では、レドックス・フロー・バッテリ・システムは、図１のレドックス・フロー・バッテリ・システム１０であってよく、ＭＥＡスタックは、図２ＡのＭＥＡスタック２０２であってよい。したがって、方法６００は、図１～５Ｃの実施形態を参照して検討されてよい（しかし、本開示の範囲から逸脱することなく、類似する方法が前述の実施形態または他の実施形態に適用されてよいということが、理解されるであろう）。例えば、方法６００では、（例えば、レドックス・フロー・バッテリとしてのＭＥＡスタックの動作および試験を含む）少なくとも一部のステップまたはステップの部分が、図１のコントローラ８８によって実行されよく、コントローラ８８に通信可能に結合された実行可能な命令として非一時的記憶媒体（またはメモリ）に格納されてよい。図６を参照して説明されるさらなるコンポーネントは、図１～５Ｃの対応するコンポーネントの例であってよい。
６０２で、方法６００は、ロールツーロール処理によって、層を連続的に積み重ねてＭＥＡを形成することを含む（ロールツーロール処理によってＭＥＡを形成することを参照して使用されるとき、「層を連続的に積み重ねる」は、ＭＥＡのさまざまな層、シート、またはコンポーネントを配置すること、および／あるいは溶着するか、または他の方法で接着することを指してよい）。１つの例では、ＭＥＡの筐体は、複数の押し出し熱可塑性シートまたはフレームを溶着するか、または他の方法で接着することによって形成されてよい。導電性シートは、ＭＥＡの内部に流体的かつ電子的に結合されるように、ＭＥＡの筐体の外面に溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。膜シートは、ＭＥＡの内部容積を正極区画および負極区画に２分しながら、それらの間のイオン伝導を可能にするように、ＭＥＡの筐体の内面に溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。正極および負極スペーサなどの、さまざまな電極コンポーネントが、正極区画および負極区画内に配置されてよい。そのようなロールツーロール処理のさらなる詳細が、図７の方法７００を参照して下で説明される。１つの実施形態として、図７の方法７００は、部分的に、または完全に６０２を置換してよい。しかし、図７の方法７００が、ＭＥＡのロールツーロール処理の１つの実施形態例を構成するということ、および本開示の範囲内で、追加または代替のロールツーロール処理方法が実施されてよいということが、理解されるであろう。
６０４で、方法６００は、ＭＥＡに対して空気圧試験を実施することを含む。空気圧試験は、ＭＥＡの密封に漏出が存在するかどうか、または密封が、空気圧試験中に破裂する相対的に弱い封止領域を含むかどうかを診断することを含んでよい。
６０６で、方法６００は、ＭＥＡが空気圧試験に合格したかどうか（例えば、ＭＥＡに対して合格フラグが生成されたかどうか）を判定することを含む。ＭＥＡが劣化していると決定された場合（例えば、１つまたは複数の漏出の存在または形成に起因して、ＭＥＡが空気圧試験に合格しない場合）、方法６００が６０８に進み、６０８で、方法６００は、劣化したＭＥＡを再封止する（１つまたは複数の漏出をスポット溶着するか、または他の方法で再接着する）こと、または空気圧試験に正常に合格した（例えば、６０２、６０４、および６０６で形成され、試験され、診断された）ＭＥＡと交換することを含む。ＭＥＡが劣化していないと決定された場合（例えば、ＭＥＡが空気圧試験に合格し、その接着領域で密封されていると決定された場合）、または６０８で、劣化したＭＥＡが再封止されたか、もしくは交換された場合、方法６００が６１０に進み、６１０で、方法６００は、ＭＥＡをＭＥＡスタックに追加することを含む。
一部の例では、ＭＥＡスタックの各ＭＥＡは、チャネル電解液分配インサート（ｃｈａｎｎｅｌｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎｓｅｒｔｓ）を含んでよく、チャネル電解液分配インサートは、（例えば、ＭＥＡスタックの上端または下端で）各ＭＥＡを隣接するＭＥＡと機械的に連結する。そのような例では、チャネル電解液分配インサートは、正電解液および負電解液が、チャネル電解液分配インサートのチャネルを介して流体マニホールドのうちの１つまたは複数から各ＭＥＡの内部にそれぞれ収容され得るように、各ＭＥＡの内部をＭＥＡスタックの流体マニホールドに流体結合してもよい。
６１２で、方法６００は、直近に組み立てられて追加されたＭＥＡ（例えば、６０２で組み立てられ、６０４で試験され、６０６で診断された後に、６１０でＭＥＡスタックに追加されたＭＥＡ）が、ＭＥＡスタックに追加される最後のＭＥＡであるかどうかを判定することを含む。直近に組み立てられて追加されたＭＥＡが、ＭＥＡスタックに追加される最後のＭＥＡでない場合、方法６００が６０２に戻り、６０２で、方法６００は、ロールツーロール処理によって別のＭＥＡを組み立てることを含む。
直近に組み立てられて追加されたＭＥＡが、ＭＥＡスタックに追加される最後のＭＥＡである場合、ロールツーロール処理による（６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、および６１２を含む）ＭＥＡスタックの組み立てが完了したと見なされてよく、方法６００が６１４に進み、６１４で、方法６００は、ＭＥＡスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作していない間に、試験プローブをＭＥＡスタックの１つまたは複数のＭＥＡに結合する（例えば、電気的に結合する）ことを含む。１つの例として、ＭＥＡスタックに含まれているＭＥＡが十分に縮小されているか、または収縮しているときに（例えば、ＭＥＡスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作する前に）、試験プローブが、ＭＥＡスタックのＭＥＡの隣接する対の間に、および／またはＭＥＡスタックの上端または下端に挿入されてよい。１つの例では、試験されている特定のＭＥＡに関して、特定のＭＥＡの片側に電気的に結合するように１つの試験プローブが配置されてよく、特定のＭＥＡの反対側に電気的に結合するように別の試験プローブが配置されてよい。
６１６で、方法６００は、正電解液および負電解液を、流体マニホールドのうちの１つまたは複数を通ってＭＥＡスタックにそれぞれ送り込みながら、ＭＥＡスタックをレドックス・フロー・バッテリとして動作させることを含む。一部の実施例では、流体マニホールドは、レドックス・フロー・バッテリとしてのＭＥＡスタックの動作中に、正電解液および負電解液がＭＥＡスタックの各ＭＥＡに分配され得るように、ＭＥＡスタックの各ＭＥＡを互いに流体結合してよい。追加または代替の例では、レドックス・フロー・バッテリとしてのＭＥＡスタックの動作中に、正電解液および負電解液が、チャネル電解液分配インサートのチャネルを介して流体マニホールドから、ＭＥＡスタックの各ＭＥＡの内部に収容され、そこから放出されてよい（一部のチャネル電解液分配インサートが、正電解液および負電解液をＭＥＡスタックのＭＥＡの内部に収容し、他のチャネル電解液分配インサートが、ＭＥＡスタックのＭＥＡの内部から正電解液および負電解液を放出する）。
ＭＥＡスタックに含まれているＭＥＡの筐体を形成する押し出し熱可塑性シートまたはフレームの柔軟性のため、ＭＥＡスタックは、ＭＥＡスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作しているときに、拡大されるか、または膨張してよく、ＭＥＡスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作していないときに、縮小されるか、または収縮してよい。１つの例では、ＭＥＡスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作している間に、（例えば、ＭＥＡスタックを通って送り込まれている正電解液および負電解液からの）第１の流体圧力によってＭＥＡスタックが第１の容積に拡大されてよく、ＭＥＡスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作していない間に、（例えば、相対的に低い流量を有するか、または実質的に静止している正電解液および負電解液からの）第２の流体圧力によってＭＥＡスタックが第２の容積に縮小されてよく、第１の容積は第２の容積より大きく、第１の流体圧力は第２の流体圧力より大きい。このようにして、押し出し熱可塑性シートまたはフレームは、ＭＥＡスタックに含まれているＭＥＡの内部における相対的に大きい容積変化を可能にすることによって、レドックス・フロー・バッテリとしてのＭＥＡスタックの動作中に、柔軟性の向上をもたらすことができる。さらに、ＭＥＡスタックの体積を増やすことによって、ＭＥＡスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作している間の隣接するＭＥＡ間（例えば、互いに面共有接触することを強制された隣接するＭＥＡの導電性シート間）の電気接触抵抗が、ＭＥＡスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作していない間の電気接触抵抗より低くなり得るように、ＭＥＡスタックの隣接するＭＥＡが、互いに物理的に接触してよい。
６１８で、方法６００は、１つまたは複数の試験条件が満たされたかどうかを判定することを含む。１つの例として、１つまたは複数の試験条件は、製造または直近の試験以降に経過した、レドックス・フロー・バッテリとしてのＭＥＡスタックの動作の所定の累積持続時間を含んでよい。１つまたは複数の試験条件が満たされていない場合、方法６００が６２０に進み、６２０で、方法６００は、ＭＥＡスタックをレドックス・フロー・バッテリとして動作させ続けることを含む。それに応じて、方法６００が６１６に戻る。
１つまたは複数の試験条件が満たされた場合、方法６００が６２２に進み、６２２で、方法６００は、試験プローブによって特定のＭＥＡの電圧試験を実施することを含む。電圧試験は、レドックス・フロー・バッテリとしてのＭＥＡスタックの動作中に、ＭＥＡスタックが充電および放電されている間に、試験プローブを使用して特定のＭＥＡの両端の電位差を試験することを含んでよい。したがって、電圧試験は、特定のＭＥＡが診断を生成するための十分なデータが収集されるまで実施され続けてよい。
試験が完了したと決定された場合、方法６００が６２４に進んでよく、６２４で、方法６００は、ＭＥＡスタックのすべてのＭＥＡが電圧試験に合格したかどうか（例えば、ＭＥＡスタックのすべてのＭＥＡに対して合格フラグが生成されたかどうか）を判定することを含む。ＭＥＡスタックのＭＥＡのうちの少なくとも１つが劣化していると決定された場合（例えば、ＭＥＡスタックのＭＥＡのうちの少なくとも１つが試験に合格しない場合）、方法６００が６２６に進み、６２６で、方法６００は、ＭＥＡスタックをレドックス・フロー・バッテリとして動作させることを停止し、ＭＥＡスタックの流体圧力を減らすことを含む。１つの例では、ＭＥＡスタックの流体圧力が第１の流体圧力から第２の流体圧力に減少してよく、それに伴って、ＭＥＡスタックに含まれているＭＥＡが縮小または収縮するにつれて、ＭＥＡスタックの体積が第１の容積から第２の容積に減少してよい。ＭＥＡスタックに含まれているＭＥＡが（例えば、ＭＥＡスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作していない間に）十分に縮小されるか、または収縮した後に、６２８で、方法６００は、少なくとも１つの劣化したＭＥＡを交換することを含む。例えば、少なくとも１つの劣化したＭＥＡが、電圧試験に正常に合格した少なくとも１つのＭＥＡにそれぞれ置き換えられてよい。
ＭＥＡスタックのＭＥＡのすべてが劣化していないと決定された場合（例えば、ＭＥＡスタックのＭＥＡのすべてが電圧試験に合格する場合）、またはＭＥＡスタックのＭＥＡの一部が劣化していないと決定され、ＭＥＡスタックの少なくとも１つの残りの（劣化した）ＭＥＡが６２８で交換された場合、方法６００が６３０に進み、６３０で、方法６００は、レドックス・フロー・バッテリとしてのＭＥＡスタックの動作を再開することを含む。
ここで図７を参照すると、ロールツーロール処理によってＭＥＡを組み立てるための方法７００の例のフロー・チャートが示されている。１つの例では、ＭＥＡは、複数の押し出し熱可塑性シートまたはフレーム、２つの導電性シート、および膜シートを互いにさまざまに溶着するか、または他の方法で接着し、最終的に形成された正極区画および負極区画にそれぞれ対応するように正極コンポーネントおよび負極コンポーネントを配置し、複数の押し出し熱可塑性シートまたはフレームを（最終的な）ロールから切断することによって、組み立てられてよい。このようにして、製作公差をより厳密に順守することができ、成形に基づく電極アセンブリ製造工程よりも、製造中の調整を容易にすることができる。
一部の例では、ＭＥＡは、レドックス・フロー・バッテリ・システム内に実装されるように、ＭＥＡスタックに追加されてよい。実施形態例では、レドックス・フロー・バッテリ・システムは、図１のレドックス・フロー・バッテリ・システム１０であってよく、ＭＥＡは、図２Ａ～４Ｂおよび５Ａ～５ＣのＭＥＡ２０４であってよい。したがって、方法７００は、図１～５Ｃの実施形態を参照して検討されてよい（しかし、本開示の範囲から逸脱することなく、類似する方法が前述の実施形態または他の実施形態に適用されてよいということが、理解されるであろう）。
７０２で、方法７００は、第１の導電性シート（例えば、炭素繊維シート）を第１の熱可塑性シートに溶着するか、または他の方法で接着することを含む。第１の導電性シートを第１の熱可塑性シートに溶着するか、または他の方法で接着するときに、第１の導電性シートが、第１の熱可塑性シート内に配置された開口部を密封してよい。
７０４で、方法７００は、第１の導電性シート上に負極スペーサ（例えば、非導電性メッシュ・スペーサ）を配置することを含む。一部の例では、（最終的に形成されたときに、ＭＥＡ内の負電解液の圧力降下を増やし、流れの分配を改善するように配置された）非導電性フェルト・ストリップなどの、さらなる負極コンポーネントが、第１の導電性シート上の負極スペーサと共に積み重ねられてよい。
７０６で、方法７００は、第２の熱可塑性シートを第１の熱可塑性シートに溶着するか、または他の方法で接着することを含む。第２の熱可塑性シートは、第１の導電性シートおよび第１の熱可塑性シートの接着領域が、第１および第２の熱可塑性シートの接着領域によって周囲を囲まれるように、第１の熱可塑性シートに溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。
７０８で、方法７００は、膜シートを第２の熱可塑性シートに溶着するか、または他の方法で接着することを含む。膜シートを第２の熱可塑性シートに溶着するか、または他の方法で接着するときに、負極スペーサ（および任意のさらなる負極コンポーネント）を収容している負極区画が形成されるように、膜シートが、第２の熱可塑性シート内に配置された開口部を密封してよい。
７１０で、方法７００は、膜シート上に正極（例えば、炭素フェルト電極）を配置することを含む。
７１２で、方法７００は、第３の熱可塑性シートを第２の熱可塑性シートに溶着するか、または他の方法で接着することを含む。１つの例として、第３の熱可塑性シートは、第１および第２の熱可塑性シートの接着領域の正投影が第２および第３の熱可塑性シートの接着領域の正投影と重複するように、第２の熱可塑性シートに溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。
７１４で、方法７００は、第２の導電性シート（例えば、炭素繊維シート）を第３の熱可塑性シートに溶着するか、または他の方法で接着することを含む。第２の導電性シートを第３の熱可塑性シートに溶着するか、または他の方法で接着するときに、第２の導電性シートが、第３の熱可塑性シート内に配置された開口部を密封してよい。さらに、第２の導電性シートは、第２の導電性シートおよび第３の熱可塑性シートの接着領域が、第２および第３の熱可塑性シートの接着領域によって周囲を囲まれるように、第３の熱可塑性シートに溶着されるか、または他の方法で接着されてよい。
７１６で、方法７００は、第１、第２、および第３の熱可塑性シートの各々を（最終的な）ロールから切断して、ＭＥＡを形成することを含む。その後、（図６を参照して上で詳細に説明されたように）方法６００の６１０などで、ＭＥＡがＭＥＡスタックに追加されてよい。
ここで図８を参照すると、ＭＥＡスタック８０４を組み立てるための例示的なロールツーロール処理構成８０２を示す概略図８００が示されている。実施形態例では、ロールツーロール処理構成８０２内で、ＭＥＡスタック８０４の各ＭＥＡ８０６が、各ロール８０８から供給される原料シート８１０のロールツーロール処理によって個別に組み立てられてよく、原料シート８１０が、任意選択的に、溶着される（８１４）原料シート８１０の対の間の１つまたは複数の電極コンポーネントの適切な配置の後に、その接着領域（例えば、最終的に形成されたときのＭＥＡ８０６の密封または構造的完全性のための所定の溶着領域）で熱溶着機８１２によって互いに溶着され（８１４）、原料シート８１０のすべてが対応する原料シート８１０に溶着された（８１４）後に切断され（８１６）、揃えられて、ＭＥＡスタック８０４の他のＭＥＡ８０６と共に積み重ねられてよい。一部の例では、原料シート８１０は、押し出し熱可塑性シートまたはフレーム、導電性シート、および膜シートなどの、標準的な熱溶着温度に曝されるときに構造的完全性を維持できる材料で構成されてよい。このようにして、例示的なロールツーロール処理構成８０２によってもたらされる単純な製造設計、再現可能な高精度の公差、および容易なコンポーネントの交換に起因して、ＭＥＡスタック８０４の製造が、成形に基づく電極アセンブリ製造工程よりも効率的、正確、かつ柔軟になることができる。
一部の例では、例示的なロールツーロール処理構成８０２による組み立ての後に、ＭＥＡスタック８０４が、レドックス・フロー・バッテリ・システム内に実装されてよい。実施形態例では、レドックス・フロー・バッテリ・システムは、図１のレドックス・フロー・バッテリ・システム１０であってよく、ＭＥＡスタック８０４の各ＭＥＡ８０６は、図２Ａ～４Ｂおよび５Ａ～５ＣのＭＥＡ２０４として構成されてよい。追加的または代替的に、図６の方法６００の１つまたは複数のステップまたは図７の方法７００は、例示的なロールツーロール処理構成８０２によって実行されてよい。例えば、図６の方法６００の６０２、ならびに／または図７の方法７００の７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、および７１６の各々は、例示的なロールツーロール処理構成８０２によって実行されてよい。したがって、例示的なロールツーロール処理構成８０２は、図１～７の実施形態を参照して検討されてよい（しかし、本開示の範囲から逸脱することなく、類似するロールツーロール処理構成が前述の実施形態または他の実施形態に使用されてよいということが、理解されるであろう）。図８の概略図８００に示されているＭＥＡ８０６、ロール８０８、原料シート８１０、および熱溶着機８１２の相対数が例示的であり、本開示の範囲から逸脱することなく、より多いか、またはより少ないＭＥＡ８０６がＭＥＡスタック８０４に含まれてよく、より多いか、またはより少ないロール８０８、原料シート８１０、および熱溶着機８１２が、例示的なロールツーロール処理構成８０２に独立して含まれてよいということが、さらに理解されるであろう。
このようにして、押し出し熱可塑性プラスチックのロールツーロール処理によって、レドックス・フロー・バッテリ・システムの電極アセンブリが形成されてよい。１つの例では、押し出し熱可塑性プラスチックのシートは、一連のロールに沿って、互いに、および電極アセンブリの他のコンポーネント（例えば、膜シートおよび導電性シート）に、接着（または溶着）されて、さまざまな区画を形成してよい（処理中に、さらなるコンポーネントが配置されてよい）。形成された後に、電極アセンブリが切断され、同様の構成の電極アセンブリのスタックに追加されてよい。ロールツーロール処理によって電極アセンブリを形成することの１つの例示的な技術的結果は、（ロールツーロール処理が特定の成形における逸脱の複製を防ぐという理由だけでなく、ロールツーロール処理が、公差の積み重ねをさらに減らすために、容易かつ安価に調整され得るという理由でも）電極アセンブリ製造のための成形に基づく工程と相対的に、公差の積み重ねが減らされ得ることである。そのため、ローラー設定に有利に、高価で特殊な、相対的に大きい成形ツールおよびハンドリング装置が取り除かれ得る。
形成された後に、電極アセンブリの各電解液ポートに位置している電解液分配インサートを連結することによって、電極アセンブリが互いに取り付けられてよい。連結する電解液分配インサートは、連結された後に、密封されて共通の流体マニホールドを形成してよく、電解液が、共通の流体マニホールドを通って電極アセンブリ全体に分配されてよい。レドックス・フロー・バッテリ・システムの動作中に、循環している電解液の流体圧力の増加に応答して、押し出し熱可塑性プラスチックが拡大または膨張してよい。したがって、電極アセンブリを製造することにおいて押し出し熱可塑性プラスチックを使用することの１つの例示的な技術的結果は、レドックス・フロー・バッテリ・システムを形成することにおいて、（例えば、電極アセンブリの筐体または格納が変化できること、収縮時に試験プローブが電極アセンブリ間に配置され得ること、循環している電解液の動的な流れの制限、などの）より大きい柔軟性が実現され得ることである。さらに、電極アセンブリのモジュール方式は、劣化した電極アセンブリの容易な交換に加えて、連結する電解液分配インサートによる共通の流体マニホールドへの追加のセル（例えば、電解液リバランス・セル）の結合を可能にすることができる。
１つの例では、レドックス・フロー・バッテリの電極アセンブリであって、電極アセンブリが、内部容積を少なくとも部分的に取り囲み、内部容積が負極区画および正極区画を備える可膨張式筐体と、負極区画に配置された負極スペーサと、正極区画に配置され正極とを備え、レドックス・フロー・バッテリの動作中に加えられた内圧に応答して、可膨張式筐体が膨張し、電極アセンブリの内部容積を増やす。電極アセンブリの第１の例は、可膨張式筐体が上側押し出し熱可塑性フレーム、中央押し出し熱可塑性フレーム、および下側押し出し熱可塑性フレームを備え、下側押し出し熱可塑性フレームが中央押し出し熱可塑性フレームに接着されて負極区画を形成し、上側押し出し熱可塑性フレームが中央押し出し熱可塑性フレームに接着されて正極区画を形成することをさらに含む。任意選択的に電極アセンブリの第１の例を含む電極アセンブリの第２の例は、下側押し出し熱可塑性フレームに接着された第１の炭素繊維シート、中央押し出し熱可塑性フレームに接着された膜シート、および上側押し出し熱可塑性フレームに接着された第２の炭素繊維シートをさらに備え、負極スペーサが、第１の炭素繊維シートと膜シートの間に配置され、正極が、第２の炭素繊維シートと膜シートの間に配置される。任意選択的に電極アセンブリの第１および第２の例のうちの１つまたは複数を含む電極アセンブリの第３の例は、上側押し出し熱可塑性フレーム、中央押し出し熱可塑性フレーム、および下側押し出し熱可塑性フレームが揃えられて複数の電解液ポートを形成し、複数の電解液ポートが負電解液ポートおよび正電解液ポートを含み、負電解液ポートが負極区画に流体結合され、正電解液ポートが正極区画に流体結合され、複数の電解液ポートを除いて、可膨張式筐体の膨張中に内部容積が密封されることをさらに含む。任意選択的に電極アセンブリの第１～第３の例のうちの１つまたは複数を含む電極アセンブリの第４の例は、複数の電解液ポートの周囲をそれぞれ囲む電解液分配インサートをさらに備える。任意選択的に電極アセンブリの第１～第４の例のうちの１つまたは複数を含む電極アセンブリの第５の例は、負電解液ポートが、上側押し出し熱可塑性フレームと中央押し出し熱可塑性フレームの間に形成された各負電解液通路を介して負極区画に流体結合され、正電解液ポートが、下側押し出し熱可塑性フレームと中央押し出し熱可塑性フレームの間に形成された各正電解液通路を介して正極区画に流体結合されることをさらに含む。任意選択的に電極アセンブリの第１～第５の例のうちの１つまたは複数を含む電極アセンブリの第６の例は、中央押し出し熱可塑性フレームへの上側押し出し熱可塑性フレームの溶着によって負電解液通路が封止され、中央押し出し熱可塑性フレームへの下側押し出し熱可塑性フレームの溶着によって正電解液通路が封止されることをさらに含む。任意選択的に電極アセンブリの第１～第６の例のうちの１つまたは複数を含む電極アセンブリの第７の例は、負極スペーサが非導電性メッシュから形成され、正極が炭素フェルトから形成されることをさらに含む。任意選択的に電極アセンブリの第１～第７の例のうちの１つまたは複数を含む電極アセンブリの第８の例は、接着剤が電極アセンブリのコンポーネント間に含まれないことをさらに含む。
別の例では、レドックス・フロー・バッテリ・システムが複数の膜電極アセンブリを備え、複数の膜電極アセンブリの各々が、炭素繊維シートが両面に溶着されている拡張可能な熱可塑性筐体、拡張可能な熱可塑性筐体内に収容されたフェルト電極、拡張可能な熱可塑性筐体内に収容されたメッシュ電極スペーサ、および拡張可能な熱可塑性筐体の内面に溶着された膜シートを備え、膜シートが、フェルト電極とメッシュ電極スペーサの間に配置されている。レドックス・フロー・バッテリ・システムの第１の例は、複数の膜電極アセンブリの各々の電解液ポートが揃えられて、複数の膜電極アセンブリの各々を互いに流体結合する電解液マニホールドを形成することをさらに含む。任意選択的にレドックス・フロー・バッテリ・システムの第１の例を含むレドックス・フロー・バッテリ・システムの第２の例は、電解液ポートの各々が円周の電解液分配インサートを含み、複数の膜電極アセンブリのうちの隣接する膜電極アセンブリの対の各円周の電解液分配インサートが互いに機械的に連結することをさらに含む。任意選択的にレドックス・フロー・バッテリ・システムの第１および第２の例のうちの１つまたは複数を含むレドックス・フロー・バッテリ・システムの第３の例は、複数の膜電極アセンブリが連続的積み重ねに配置され、複数の膜電極アセンブリのうちの隣接する膜電極アセンブリの対の各炭素繊維シートが互いに面共有接触することをさらに含む。任意選択的にレドックス・フロー・バッテリ・システムの第１～第３の例のうちの１つまたは複数を含むレドックス・フロー・バッテリ・システムの第４の例は、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリをさらに備え、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリが複数の膜電極アセンブリと共に連続的積み重ねに配置され、１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリが複数の膜電極アセンブリと流体結合される。任意選択的にレドックス・フロー・バッテリ・システムの第１～第４の例のうちの１つまたは複数を含むレドックス・フロー・バッテリ・システムの第５の例は、レドックス・フロー・バッテリ・システムが全鉄ハイブリッド・レドックス・フロー・バッテリ・システムであることをさらに含む。
さらに別の例では、方法が、ロールツーロール処理によって、層を連続的に積み重ねて、膜電極アセンブリのスタックの各膜電極アセンブリを形成することと、各流体マニホールドを通って正電解液および負電解液を膜電極アセンブリのスタックに送り込みながら、膜電極アセンブリのスタックをレドックス・フロー・バッテリとして動作させることとを含み、流体マニホールドが、膜電極アセンブリのスタックの各膜電極アセンブリを互いに流体結合する。方法の第１の例は、ロールツーロール処理によって層を連続的に積み重ねて膜電極アセンブリのスタックの各膜電極アセンブリを形成することが、膜電極アセンブリのスタックの膜電極アセンブリごとに、第１の導電性シートを第１の熱可塑性シートに溶着することと、負極スペーサを第１の導電性シート上に配置することと、第２の熱可塑性シートを第１の熱可塑性シートに溶着することと、膜シートを第２の熱可塑性シートに溶着することと、正極を膜シート上に配置することと、第３の熱可塑性シートを第２の熱可塑性シートに溶着することと、第２の導電性シートを第３の熱可塑性シートに溶着することと、その後、第１、第２、および第３の熱可塑性シートをロールから切断して各膜電極アセンブリを形成することとを含むということをさらに含む。任意選択的に方法の第１の例を含む方法の第２の例は、膜電極アセンブリのスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作している間の膜電極アセンブリのスタックの隣接する膜電極アセンブリ間の電気接触抵抗が、膜電極アセンブリのスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作していない間の膜電極アセンブリのスタックの隣接する膜電極アセンブリ間の電気接触抵抗より低くなり、膜電極アセンブリのスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作している間に、第１の流体圧力によって膜電極アセンブリのスタックが第１の容積に拡大され、膜電極アセンブリのスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作していない間に、第２の流体圧力によって膜電極アセンブリのスタックが第２の容積に縮小され、第１の容積が第２の容積より大きく、第１の流体圧力が第２の流体圧力より大きいということをさらに含む。任意選択的に方法の第１および第２の例のうちの１つまたは複数を含む方法の第３の例は、膜電極アセンブリのスタックがレドックス・フロー・バッテリとして動作していない間に、試験プローブを膜電極アセンブリのスタックの少なくとも１つの膜電極アセンブリに電気的に結合することと、試験プローブによって膜電極アセンブリのスタックの少なくとも１つの膜電極アセンブリの電圧試験を実施することと、電圧試験中に膜電極アセンブリのスタックの１つまたは複数の劣化した膜電極アセンブリを識別することに応答して、１つまたは複数の劣化した膜電極アセンブリを交換することとをさらに含む。任意選択的に方法の第１～第３の例のうちの１つまたは複数を含む方法の第４の例は、膜電極アセンブリのスタックの各膜電極アセンブリが、各膜電極アセンブリの内部を流体マニホールドに流体結合するチャネル電解液分配インサートを含み、正電解液および負電解液が、チャネル電解液分配インサートのチャネルを介して流体マニホールドから膜電極アセンブリのスタックの各膜電極アセンブリの内部に収容されることをさらに含む。
図２Ａ～５Ｃは、さまざまなコンポーネントの相対的配置を含む例示的な構成を示している。互いに直接接触して、または直接結合されて示されている場合、そのような要素は、少なくとも１つの例では、それぞれ直接接触しているか、または直接結合されていると見なされてよい。同様に、互いに近接または隣接して示されている要素は、少なくとも１つの例では、それぞれ互いに近接または隣接してよい。例として、互いに面共有接触しているコンポーネントは、面共有接触していると見なされてよい。別の例として、間に空間のみを含み、他のコンポーネントを含まずに互いに離れて配置された要素は、少なくとも１つの例では、そのように見なされてよい。さらに別の例として、互いに上／下、互いに反対側、または互いに左／右に示された要素は、互いに相対的に、そのように見なされてよい。さらに、図に示されているように、最上部の要素または要素の点は、少なくとも１つの例では、コンポーネントの「上部」と見なされてよく、最下部の要素または要素の点は、コンポーネントの「下部」と見なされてよい。本明細書において使用されるとき、上部／下部、上側／下側、上／下は、図の垂直軸と相対的であり、互いに相対的に図の要素の配置を表すために使用されてよい。そのため、他の要素の上に示された要素は、１つの例では、他の要素の上の垂直方向に配置される。さらに別の例として、図内に示された要素の形状は、そのような形状を有している（例えば、円形である、直線である、平面である、曲線である、丸みを帯びている、面取りされている、角度がついている、など）と見なされてよい。さらに、互いにクロスオーバーして示された要素は、少なくとも１つの例では、クロスオーバーしている要素、または互いにクロスオーバーしていると見なされてよい。さらに、別の要素の内部に示されたか、または別の要素の外部に示された要素は、１つの例では、そのように見なされてよい。図２Ａ～５Ｃは、近似的に一定の縮尺で描かれているが、他の寸法または相対的寸法が使用されてよい。
以下の特許請求の範囲は、新しい、自明でないと見なされる特定の組み合わせおよび部分的組み合わせを特に指摘する。これらの特許請求の範囲は、「１つの」要素、または「第１の」要素、あるいはこれらと同等のものを参照することがある。そのような特許請求の範囲は、２つ以上のそのような要素を必要とすることも、除外することもなく、１つまたは複数のそのような要素の組み込みを含むように理解されるべきである。本特許請求の範囲の補正を通じて、または本出願もしくは関連する出願における新しい特許請求の範囲の提示を通じて、開示された特徴、機能、要素、および／または特性の他の組み合わせおよび部分的組み合わせが主張されてよい。そのような特許請求の範囲は、元の特許請求の範囲に対して広いか、狭いか、等しいか、または異なっているかにかかわらず、やはり本開示の主題に含まれていると見なされる。
Claims (20)
- レドックス・フロー・バッテリの電極アセンブリであって、
内部容積を少なくとも部分的に取り囲み、前記内部容積が負極区画および正極区画を備える可膨張式筐体と、
前記負極区画に配置された負極スペーサと、
前記正極区画に配置された正極とを備え、
前記レドックス・フロー・バッテリの動作中に加えられた内圧に応答して、前記可膨張式筐体が膨張し、前記電極アセンブリの前記内部容積を増やす、電極アセンブリ。 - 前記可膨張式筐体が上側押し出し熱可塑性フレーム、中央押し出し熱可塑性フレーム、および下側押し出し熱可塑性フレームを備え、
前記下側押し出し熱可塑性フレームが前記中央押し出し熱可塑性フレームに接着されて前記負極区画を形成し、
前記上側押し出し熱可塑性フレームが前記中央押し出し熱可塑性フレームに接着されて前記正極区画を形成する、請求項１に記載の電極アセンブリ。 - 前記下側押し出し熱可塑性フレームに接着された第１の炭素繊維シート、
前記中央押し出し熱可塑性フレームに接着された膜シート、および
前記上側押し出し熱可塑性フレームに接着された第２の炭素繊維シートをさらに備え、
前記負極スペーサが、前記第１の炭素繊維シートと前記膜シートの間に配置され、
前記正極が、前記第２の炭素繊維シートと前記膜シートの間に配置される、請求項２に記載の電極アセンブリ。 - 前記上側押し出し熱可塑性フレーム、中央押し出し熱可塑性フレーム、および下側押し出し熱可塑性フレームが揃えられて複数の電解液ポートを形成し、前記複数の電解液ポートが負電解液ポートおよび正電解液ポートを含み、
前記負電解液ポートが前記負極区画に流体結合され、
前記正電解液ポートが前記正極区画に流体結合され、
前記複数の電解液ポートを除いて、前記可膨張式筐体の膨張中に前記内部容積が密封される、請求項２に記載の電極アセンブリ。 - 前記複数の電解液ポートの周囲をそれぞれ囲む電解液分配インサートをさらに備える、請求項４に記載の電極アセンブリ。
- 前記負電解液ポートが、前記上側押し出し熱可塑性フレームと前記中央押し出し熱可塑性フレームの間に形成された各負電解液通路を介して前記負極区画に流体結合され、
前記正電解液ポートが、前記下側押し出し熱可塑性フレームと前記中央押し出し熱可塑性フレームの間に形成された各正電解液通路を介して前記正極区画に流体結合される、請求項５に記載の電極アセンブリ。 - 前記中央押し出し熱可塑性フレームへの前記上側押し出し熱可塑性フレームの溶着によって前記負電解液通路が封止され、
前記中央押し出し熱可塑性フレームへの前記下側押し出し熱可塑性フレームの溶着によって前記正電解液通路が封止される、請求項６に記載の電極アセンブリ。 - 前記負極スペーサが非導電性メッシュから形成され、
前記正極が炭素フェルトから形成される、請求項１に記載の電極アセンブリ。 - 接着剤が前記電極アセンブリのコンポーネント間に含まれない、請求項１に記載の電極アセンブリ。
- 複数の膜電極アセンブリを備えているレドックス・フロー・バッテリ・システムであって、
前記複数の膜電極アセンブリの各々が、
炭素繊維シートが両面に溶着されている拡張可能な熱可塑性筐体、
前記拡張可能な熱可塑性筐体内に収容されたフェルト電極、
前記拡張可能な熱可塑性筐体内に収容されたメッシュ電極スペーサ、および
前記拡張可能な熱可塑性筐体の内面に溶着された膜シートを備え、前記膜シートが、前記フェルト電極と前記メッシュ電極スペーサの間に配置されている、レドックス・フロー・バッテリ・システム。 - 前記複数の膜電極アセンブリの各々の電解液ポートが揃えられて、前記複数の膜電極アセンブリの各々を互いに流体結合する電解液マニホールドを形成する、請求項１０に記載のレドックス・フロー・バッテリ・システム。
- 前記電解液ポートの各々が円周の電解液分配インサートを含み、
前記複数の膜電極アセンブリのうちの隣接する膜電極アセンブリの対の各円周の電解液分配インサートが互いに機械的に連結する、請求項１１に記載のレドックス・フロー・バッテリ・システム。 - 前記複数の膜電極アセンブリが連続的積み重ねに配置され、
前記複数の膜電極アセンブリのうちの隣接する膜電極アセンブリの対の各炭素繊維シートが互いに面共有接触する、請求項１０に記載のレドックス・フロー・バッテリ・システム。 - １つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリをさらに備え、
前記１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリが前記複数の膜電極アセンブリと共に前記連続的積み重ねに配置され、
前記１つまたは複数のリバランス・セル・アセンブリが前記複数の膜電極アセンブリと流体結合される、請求項１３に記載のレドックス・フロー・バッテリ・システム。 - 全鉄ハイブリッド・レドックス・フロー・バッテリ・システムである、請求項１０に記載のレドックス・フロー・バッテリ・システム。
- ロールツーロール処理によって、層を連続的に積み重ねて、膜電極アセンブリのスタックの各膜電極アセンブリを形成することと、
各流体マニホールドを通って正電解液および負電解液を前記膜電極アセンブリのスタックに送り込みながら、前記膜電極アセンブリのスタックをレドックス・フロー・バッテリとして動作させることとを含む方法であって、前記流体マニホールドが、前記膜電極アセンブリのスタックの各膜電極アセンブリを互いに流体結合する、方法。 - ロールツーロール処理によって前記層を連続的に積み重ねて前記膜電極アセンブリのスタックの各膜電極アセンブリを形成することが、前記膜電極アセンブリのスタックの膜電極アセンブリごとに、
第１の導電性シートを第１の熱可塑性シートに溶着することと、
負極スペーサを前記第１の導電性シート上に配置することと、
第２の熱可塑性シートを前記第１の熱可塑性シートに溶着することと、
膜シートを前記第２の熱可塑性シートに溶着することと、
正極を前記膜シート上に配置することと、
第３の熱可塑性シートを前記第２の熱可塑性シートに溶着することと、
第２の導電性シートを前記第３の熱可塑性シートに溶着することと、その後、
前記第１、第２、および第３の熱可塑性シートを各熱可塑性シートのロールから切断して前記各膜電極アセンブリを形成することとを含む、請求項１６に記載の方法。 - 前記膜電極アセンブリのスタックが前記レドックス・フロー・バッテリとして動作している間の前記膜電極アセンブリのスタックの隣接する膜電極アセンブリ間の電気接触抵抗が、前記膜電極アセンブリのスタックが前記レドックス・フロー・バッテリとして動作していない間の前記膜電極アセンブリのスタックの隣接する膜電極アセンブリ間の電気接触抵抗より低くなり、
前記膜電極アセンブリのスタックが前記レドックス・フロー・バッテリとして動作している間に、第１の流体圧力によって前記膜電極アセンブリのスタックが第１の容積に拡大され、
前記膜電極アセンブリのスタックが前記レドックス・フロー・バッテリとして動作していない間に、第２の流体圧力によって前記膜電極アセンブリのスタックが第２の容積に縮小され、
前記第１の容積が前記第２の容積より大きく、
前記第１の流体圧力が前記第２の流体圧力より大きい、請求項１６に記載の方法。 - 前記膜電極アセンブリのスタックが前記レドックス・フロー・バッテリとして動作していない間に、試験プローブを前記膜電極アセンブリのスタックの少なくとも１つの膜電極アセンブリに電気的に結合することと、
前記試験プローブによって前記膜電極アセンブリのスタックの前記少なくとも１つの膜電極アセンブリの電圧試験を実施することと、
前記電圧試験中に前記膜電極アセンブリのスタックの１つまたは複数の劣化した膜電極アセンブリを識別することに応答して、前記１つまたは複数の劣化した膜電極アセンブリを交換することとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。 - 前記膜電極アセンブリのスタックの各それぞれの膜電極アセンブリが、前記各膜電極アセンブリの内部を前記流体マニホールドに流体結合するチャネル電解液分配インサートを含み、
前記正電解液および負電解液が、前記チャネル電解液分配インサートのチャネルを介して前記流体マニホールドから前記膜電極アセンブリのスタックの各膜電極アセンブリの前記内部に収容される、請求項１６に記載の方法。
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