JP7476359B2 - Fe-crレドックスフロー電池システムおよびこのシステムを使用する方法 - Google Patents
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Description
本特許出願は、米国特許仮出願第63/120,204号;第63/126,408号;第63/127,048号;第63/131,738号;第63/147,182号;第63/154,547号;第63/174,352号;および第63/114,160号の利益を主張し、米国特許出願第17/362,610号;第17/362,543号;第17/362,521号;第17/362,499号;および第17/362,468号のそれぞれの一部継続出願であり、これらすべてがその全体において本明細書に参照により組み込まれている。
本発明は、レドックスフロー電池システムの領域ならびにレドックスフロー電池システムを作製および使用する方法を対象とする。
少なくとも一部の実施形態では、クロム錯体は、式[Cr3+(J)x(M)y(H2O)z](式中、x、y、およびzは負ではない整数であり、x+y+z=6であり、xは少なくとも1であり、Jは、NH3、NH4 +、CO(NH2)2、SCN-、またはCS(NH2)2からなる群から選択され、各MはJとは異なり、独立して、Cl-、F-、Br-、I-、NH4 +、NH3、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、CN-、SCN-、S2-、O-NO2 -、OH-、NO2 -、CH3CN、C5H5N、NC5H4-C5H4N、C12H8-N2、CO(NH2)2、CS(NH2)2、P(C6H5)3、-CO、CH3-CO-CH2-CO-CH3、NH2-CH2-CH2-NH2、NH2CH2COO-、O-SO2 2-、またはP(o-トリル)3からなる群から選択される)を有する化合物もしくはイオンを含む。
少なくとも一部の実施形態では、JはNH3またはNH4 +であり、少なくとも1つのMはCO(NH2)2である。少なくとも一部の実施形態では、クロム錯体は、アンモニウム、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、フッ化物イオン、硫酸イオン、または硝酸イオンからなる群から選択される少なくとも1種の対イオンをさらに含む。少なくとも一部の実施形態では、JはNH3またはNH4 +である。少なくとも一部の実施形態では、JはCO(NH2)2またはCS(NH2)2である。少なくとも一部の実施形態では、クロム錯体はインサイチュで形成される。
少なくとも一部の実施形態では、窒素含有化合物はNH3であるか、またはNH4 +を含む。少なくとも一部の実施形態では、窒素含有化合物はCO(NH2)2またはCS(NH2)2である。少なくとも一部の実施形態では、クロムイオンの少なくとも一部分は、以下のうちの少なくとも1種:NH3、NH4 +、CO(NH2)2、SCN-、またはCS(NH2)2と共にクロム錯体を形成する。
少なくとも一部の実施形態では、JはNH3またはNH4 +であり、少なくとも1つのMはCO(NH2)2である。少なくとも一部の実施形態では、JはNH3またはNH4 +である。
少なくとも一部の実施形態では、レドックスフロー電池システムは、溶液中にバナジウムイオンを含む平衡電解質、アノード液またはカソード液と接触している第3の電極を含む第3の半セル、平衡電解質と接触している第4の電極を含む第4の半セル、およびジオキソバナジウムイオンを還元するための平衡電解質内のまたは平衡電解質に導入可能な還元剤を含む平衡配置をさらに含む。少なくとも一部の実施形態では、還元剤は、NH3、NH4 +、CO(NH2)2、またはCS(NH2)2である。少なくとも一部の実施形態では、還元剤は有機化合物である。
少なくとも一部の実施形態では、クロム鉱石は少なくとも1種の金属不純物を含み、本方法は、レドックスフロー電池の電極を使用して、電解質中で少なくとも1種の金属不純物を還元して、少なくとも1種の金属不純物の粒子を形成するステップ、少なくとも1種の金属不純物の粒子を収集するステップ、およびクリーニング溶液を使用して、収集した粒子を除去するステップをさらに含む。少なくとも一部の実施形態では、粒子を収集するステップは、レドックスフロー電池システムの電極上の粒子の少なくとも一部分を収集するステップを含む。
少なくとも一部の実施形態では、炭素源はグラファイト、活性炭、石炭、木炭、または一酸化炭素気体を含む。少なくとも一部の実施形態では、本方法は、FeCl3またはCrCl3を加えて、電解質内でのFeCl3/CrCl3の予め選択した比を得るステップをさらに含む。
少なくとも一部の実施形態では、粒子を収集するステップは、レドックスフロー電池システムの電極上の粒子の少なくとも一部分を収集することを含む。少なくとも一部の実施形態では、電極は、粒子の収集のための、交互嵌合された開口またはへこみを含む。少なくとも一部の実施形態では、少なくとも1種の金属不純物は、ニッケル、アンチモン、ビスマス、亜鉛、白金、パラジウム、金、または銅のうちの少なくとも1種を含む。
少なくとも一部の実施形態では、本方法は、FeCl2、Fe+FeCl3、Fe(OH)2、またはFe+Fe(OH)3を加えて、電解質内でのFeCl3/CrCl3の予め選択した比を得るステップをさらに含む。少なくとも一部の実施形態では、クロム廃棄物はCr(OH)3を含む。
少なくとも一部の実施形態では、レドックスフロー電池システムは、アノード液を第1の半セルに出し入れするポンプ供給を行うように構成されたアノード液ポンプ、およびカソード液を第2の半セルに出し入れするポンプ供給を行うように構成されたカソード液ポンプをさらに含む。少なくとも一部の実施形態では、コントローラーは、時間的エネルギープロファイルを使用して、アノード液およびカソード液ポンプのポンプ供給スピードを変動させるように構成されている。
少なくとも一部の実施形態では、少なくとも1種の状態測定デバイスは、アノード液またはカソード液の電圧を測定するように構成されている。少なくとも一部の実施形態では、コントローラーは、少なくとも1種の状態測定デバイスにより行われた測定からアノード液またはカソード液の充電状態を決定し、時間的エネルギープロファイルにおいてこの充電状態を使用するように構成されている。少なくとも一部の実施形態では、コントローラーは、少なくとも1種の状態測定デバイスにより行われた測定からアノード液またはカソード液の平均酸化状態を決定し、この平均酸化状態を時間的エネルギープロファイルにおいて使用するように構成されている。少なくとも一部の実施形態では、コントローラーは、測定を使用して時間的エネルギープロファイルおよび荷電種のアノード液またはカソード液内での拡散の推定を作成するように構成されている。
少なくとも一部の実施形態では、レドックスフロー電池システムは、アノード液を第1の半セルに出し入れするポンプ供給を行うように構成されたアノード液ポンプ、およびカソード液を第2の半セルに出し入れするポンプ供給を行うように構成されたカソード液ポンプをさらに含み、本方法は、時間的エネルギープロファイルを使用して、アノード液およびカソード液ポンプのポンプ供給スピードを変動させるステップをさらに含む。少なくとも一部の実施形態では、測定を行うことは、アノード液またはカソード液の電圧の測定を行うことを含む。
少なくとも一部の実施形態では、時間的エネルギープロファイルを作成することは、少なくとも1種の状態測定デバイスにより行われた測定からアノード液またはカソード液の充電状態または平均酸化状態を決定すること、およびこの充電状態または平均酸化状態を時間的エネルギープロファイルにおいて使用することを含む。少なくとも一部の実施形態では、時間的エネルギープロファイルを作成することは、測定および荷電種のアノード液またはカソード液内での拡散の推定を使用して、時間的エネルギープロファイルを作成することを含む。
さらなる実施形態は、アノード液、カソード液、アノード液と接触している第1の電極を含む第1の半セル、カソード液と接触している第2の電極を含む第2の半セル、第1の半セル中のアノード液を、第2の半セル中のカソード液から分離している分離体、充電源により供給されるパワーの測定を断続的、定期的、または連続的に行うように構成された少なくとも1つの充電測定デバイス、および測定を使用して、アノード液またはカソード液の時間的エネルギープロファイルをそれぞれ作成するための、少なくとも1つの充電測定デバイスに連結したコントローラーを含むレドックスフロー電池システムである。
少なくとも一部の実施形態では、コントローラーは、放電パワーが第3の予め定義したレベルを超えた場合、第2次レドックスフロー電池配置の作動を、第1次レドックスフロー電池の作動に加えるように構成されている。少なくとも一部の実施形態では、第2次レドックスフロー電池配置のピークパワー送達能力の、第1次レドックスフロー電池配置のピークパワー送達能力に対する比は1:5~1:200の範囲である。
少なくとも一部の実施形態では、レドックスフロー電池システムは、溶液中にバナジウムイオンを含む平衡電解質、アノード液またはカソード液と接触している第5の電極を含む第5の半セル、平衡電解質と接触している第6の電極を含む第6の半セル、およびジオキソバナジウムイオンを還元するための平衡電解質内のまたは平衡電解質に導入可能な還元剤を含む平衡配置をさらに含む。少なくとも一部の実施形態では、第2のアノード液ポンプおよび第2のカソード液ポンプは、第1のアノード液ポンプおよび第2のアノード液ポンプよりも低いポンプ供給能力を有する。
少なくとも一部の実施形態では、放電することは、放電パワーが第1の予め定義したレベル未満の範囲に入った場合、第1次レドックスフロー電池配置の負荷への連結から、第2次レドックスフロー電池作動の負荷への連結へと切り替えることを含む。少なくとも一部の実施形態では、放電することは、放電パワーが第2の予め定義したレベルを超えた場合、第2次レドックスフロー電池配置の負荷への連結から、第1次レドックスフロー電池の負荷への連結へと切り替えることを含む。少なくとも一部の実施形態では、第1の予め定義したレベルおよび第2の予め定義したレベルは同じである。少なくとも一部の実施形態では、第2の予め定義したレベルは第1の予め定義したレベルより大きい。
少なくとも一部の実施形態では、放電することは、放電パワーが第3の予め定義したレベルを超えた場合、第2次レドックスフロー電池配置と第1次レドックスフロー電池の両方を負荷に連結することを含む。少なくとも一部の実施形態では、第2次レドックスフロー電池配置のピークパワー送達能力の、第1次レドックスフロー電池配置のピークパワー送達能力に対する比は1:5~1:200であってもよい。
少なくとも一部の実施形態では、第1の電極または第2の電極のうちの少なくとも1つは追加の導電材料を含む。少なくとも一部の実施形態では、追加の導電材料は金属、炭素繊維、炭素フェルト、または炭化ケイ素を含む。
少なくとも一部の実施形態では、アノード液は溶液中にクロムイオンを含み、カソード液は溶液中に鉄イオンを含む。少なくとも一部の実施形態では、アノード液は溶液中に鉄イオンをさらに含み、アノード液は溶液中にクロムイオンを含む。
少なくとも一部の実施形態では、レドックスフロー電池システムは、平衡電解質、第1の表面および第1の表面の反対側の第2の表面を有する基材を含む第2の電極構造、基材の第1の表面上に配置された第3の電極、基材の第2の表面上に配置された第4の電極、および基材を介して延びる導電素子を含む平衡配置をさらに含み、基材は、基材を介したアノード液およびカソード液の流れに抵抗し、導電素子のそれぞれは、基材の第1の表面に曝露された第1の末端部分および基材の第2の表面に曝露された第2の末端部分を含み、第3の電極は導電素子の第1の末端部分を含み、第4の電極は、導電素子の第2の末端部分を含み、第3の半セルは、アノード液またはカソード液と接触している第3の電極を含み、第4の半セルは平衡電解質と接触している第4の電極を含む。
少なくとも一部の実施形態では、平衡電解質は、溶液中にバナジウムイオンを含み、平衡配置はジオキソバナジウムイオンを還元するための平衡電解質内のまたは平衡電解質に導入可能な還元剤をさらに含む。少なくとも一部の実施形態では、クロムイオンの少なくとも一部分は、以下のうちの少なくとも1種:NH3、NH4 +、CO(NH2)2、SCN-、またはCS(NH2)2と共にクロム錯体を形成する。
少なくとも一部の実施形態では、延ばすことは、導電素子の部分周辺で基材を成型することを含む。少なくとも一部の実施形態では、延ばすことは、基材を介して導電素子を押すことを含む。少なくとも一部の実施形態では、本方法は、基材を加熱して、導電素子周辺に基材を流動させることをさらに含む。
少なくとも一部の実施形態では、本方法は、追加の第1の導電材料を基材の第1の表面上に配置するステップをさらに含み、第1の電極は追加の第1の導電材料をさらに含む。少なくとも一部の実施形態では、本方法は、追加の第2の導電材料を基材の第2の表面上に配置するステップをさらに含み、第2の電極は追加の第2の導電材料をさらに含む。
少なくとも一部の実施形態では、アノード液は溶液中にクロムイオンを含み、カソード液は溶液中に鉄イオンを含む。少なくとも一部の実施形態では、アノード液は溶液中に鉄イオンをさらに含み、アノード液は溶液中にクロムイオンを含む。
本発明のより良い理解のため、以下の詳細な説明を参照されたい。詳細な説明は添付の図と共同で読み取られるものとする:
図1のレドックスフロー電池システム100は、2つの電極102、104および分離体110で分離されている、関連する半セル106、108を含む。電極102、104は、分離体と接触していても、または分離体から分離されていてもよい。電解質溶液は半セル106、108を介して流動し、これらはアノード液112およびカソード液114と呼ばれる。レドックスフロー電池システム100はアノード液タンク116、カソード液タンク118、アノード液ポンプ120、カソード液ポンプ122、アノード液分配用配置124、およびカソード液分配用配置126をさらに含む。アノード液112はアノード液タンク116内に貯蔵され、アノード液分配用配置124周辺を流れ、少なくとも部分的に、アノード液ポンプ120の動作を介して、半セル106へと流れる。カソード液114はカソード液タンク118内に貯蔵され、カソード液分配用配置126周辺を流れ、少なくとも部分的に、カソード液ポンプ122の動作を介して半セル108へと流れる。例示された図1の実施形態は、それぞれ単一の構成要素を含むが、他の実施形態は、いずれか1種または複数の例示された構成要素の1つ以上を含むことができることを認識されたい。例えば、他の実施形態は、複数の電極102、複数の電極104、複数のアノード液タンク116、複数のカソード液タンク118、複数の半セル112、または複数の半セル114、またはそのいずれかの組合せを含むことができる。
これらに限定されないが、1つまたは複数のコンピューター、ラップトップコンピューター、サーバー、いずれか他のコンピューターデバイスなど、またはこれらのいずれかの組合せを含めて、いずれかの適切なコントローラー128を使用することができ、これは、例えば、1種または複数のプロセッサー、1種または複数のメモリー、1つまたは複数のインプットデバイス、1つまたは複数のディスプレイデバイスなどの構成要素を含むことができる。コントローラー128は、あらゆる有線またはワイヤレス接続またはそのいずれかの組合せを介して、レドックスフロー電池システムと連結することができる。コントローラー128(またはコントローラーの少なくとも一部分)は、レドックスフロー電池システム100に対してローカルに位置していてもよいし、またはレドックスフロー電池システムに関して部分的にまたは完全に非ローカルに位置してもよい。
電極102、104および分離体110の代替は、図9Aに例示されているような、アノード、カソード、および分離体として作用する電極構造(これは「バイポーラ電極」とも呼ぶことができる)905である。電極構造905は、基材の第1の表面から、基材の第2の表面へと、基材を介して延びる、導電素子911を有する基材910を含む。これらの導電素子911は、図9Bに例示されているように2種の半セル906、908に曝露されている。基材910は分離体110として作用することができる。
少なくとも一部の実施形態では、基材910は、導電素子が基材を介して延びるように導電素子911が配置されて、成型され得る。少なくとも一部の実施形態では、導電素子911は基材910を介して挿入されてもよいし、または押されてもよい。少なくとも一部の実施形態では、基材910は、基材を介して導電素子911を通過した後に加熱されて、基材の材料を流し、導電素子の中央部分を基材内に埋め込むことができる。
少なくとも一部の実施形態では、Fe-Crレドックスフロー電池システムの電解質(すなわち、カソード液またはアノード液)は、溶媒中に溶解された鉄含有化合物またはクロム含有化合物(または両方)を含む。一部の実施形態では、アノード液およびカソード液は、鉄含有化合物とクロム含有化合物との両方を含有する。アノード液およびカソード液中のこれらの2種の化合物の濃度は同じまたは異なることができる。他の実施形態では、カソード液は鉄含有化合物のみを含み、アノード液はクロム含有化合物のみを含む。
クロムは、窒素含有配位子と共に錯体を形成することができ、これは、少なくとも一部の事例では、クロムの塩化物錯体より安定していることが判明した。少なくとも一部の事例では、窒素含有配位子を有するクロム錯体は、Fe-Crレドックスフロー電池において、よりレドックス活性があり、またはより少ない副反応(例えば、水素生成)をもたらし得る。少なくとも一部の実施形態では、クロム含有化合物は、以下の窒素含有配位子のうちの少なくとも1種を含むクロム錯体であることができる:アンモニア(NH3)、アンモニウム(NH4 +)、ウレア(CO(NH2)2)、チオシアネート(SCN-)、またはチオウレア(CS(NH2)2)またはこれらのいずれかの組合せ。異なる窒素含有配位子の組合せとの錯体の例として、アンモニアおよびウレアとのクロム錯体が挙げられる。
少なくとも一部の実施形態では、電解質(アノード液またはカソード液のいずれかまたは両方)中の窒素含有配位子のクロムに対するモル比は、1:10~10:1の範囲である。アンモニアおよびウレアとのクロム錯体の場合、アンモニアのウレアに対するモル比は1:10~10:1の範囲である。窒素含有配位子の少なくとも一部は、クロムと錯体を形成することができないことを理解されたい。例えば、窒素含有配位子の少なくとも一部は、鉄と錯体を形成することができ、または電解質中で錯体を形成することができない。
溶媒は、水、水性の酸、例えば、塩酸、臭化水素酸、硫酸など、または弱酸または塩基の溶解性塩を含む水溶液、例えば、塩化アンモニウムであることができる。少なくとも一部の実施形態では、アノード液またはカソード液(または両方)の含水量は少なくとも40、45、または50質量%である。少なくとも一部の実施形態では、Fe-Crレドックスフロー電池システムのカソード液とアノード液は両方とも塩酸中に溶解している塩化鉄および塩化クロムを含む。少なくとも一部の実施形態では、Fe-Crレドックスフロー電池システムのカソード液は、塩酸に溶解した塩化鉄を含み、アノード液は、塩酸に溶解した塩化クロムを含む。
少なくとも一部の実施形態では、カソード液またはアノード液または両方の中の鉄のモル濃度は0.5~2の範囲であるか、または少なくとも1Mである。少なくとも一部の実施形態では、アノード液またはカソード液または両方の中のクロムのモル濃度は0.1~2の範囲であるか、または少なくとも0.2、0.5、もしくは1Mである。少なくとも一部の実施形態では、塩酸または他の水性の酸または塩基のモル濃度は0.5~2の範囲である。少なくとも一部の実施形態では、アンモニアまたはアンモニウムイオンのモル濃度は0.5~4の範囲である。
クロム錯体とアノード液またはカソード液を形成するための方法の一例として、FeCl2・4H2O(35質量%)、CrCl3・6H2O(45質量%)、およびNH4Cl(20%)の100グラム混合物を250mLビーカーに加え、蒸留したイオン化水に溶解して、150mLの溶液を形成する。50℃~60℃での溶液の撹拌により、溶解が加速された。2mLの37質量%のHClを溶液に加えて、pHを調節した。
第3の例として、FeCl2・4H2O(35質量%)、CrCl3・6H2O(45質量%)、NH4Cl(10%)、およびCO(NH2)2(10%)の100グラム混合物を250mLビーカーに加え、蒸留したイオン化水に溶解して、150mLの溶液を形成した。2mLの37質量%HClを溶液に加えて、pHを調節した。
多くの場合、レドックスフロー電池内の水素の生成を限定または削減することが望ましい。クロムの利用を制限することはより低い水素生成を結果として生じ、その一方で十分なエネルギー密度をレドックスフロー電池システム内に滞留させることが判明した。少なくとも一部の実施形態では、レドックスフロー電池システムのアノード液におけるクロムの利用は80%以下、70%以下、または60%これよりも低い利用に限定される。少なくとも一部の実施形態では、アノード液におけるクロムの利用は、カソード液中の鉄の量により限定され、またはカソード液中の鉄の100%利用に限定される。
少なくとも一部の実施形態では、カソード液中の鉄の濃度およびアノード液中のクロムの濃度は同じである。このような実施形態では、アノード液およびカソード液中のクロムと鉄とのそれぞれのモル比は、アノード液およびカソード液の容量の選択により選択することができる。少なくとも一部の実施形態では、アノード液のカソード液に対する容積比は、少なくとも1.25:1またはこれよりも多く(例えば、少なくとも1.43:1または1.67:1またはこれよりも多く)、アノード液中のクロムおよびカソード液中の鉄の濃度が同じ場合、容積比と等しいモル比をもたらす。少なくとも一部の実施形態では、カソード液の容積は、アノード液の容積の80%以下、70%以下、または60%以下である。
異なる鉄およびクロムの濃度と、異なるカソード液およびアノード液の容積との組合せを使用して、アノード液中のクロムおよびカソード液中の鉄の所望のモル比を達成することができることが認識されている。これら実施形態の少なくとも一部では、カソード液の容積は、アノード液の容積の95%以下、90%以下、80%以下、70%以下、または60%以下である。
少なくとも一部の事例では、アノード液中のより高いH+濃度が水素生成を促進することが判明した。アノード液による水素生成を削減するため、最初のアノード液中のH+濃度は、最初のカソード液中のH+濃度より低くすることができる。少なくとも一部の実施形態では、最初のアノード液中のH+濃度は、最初のカソード液中のH+濃度より少なくとも10、20、25、または50パーセント低い。
表2は、異なる充電状態(SOC)におけるアノード液のカソード液に対する2:1容積比を例示している。表2では、最初のアノード液は1.25M Fe2+、1.25M Cr3+、および1.5625M H+であり、最初のカソード液は1.25M Fe2+、1.25M Cr3+、および2.5M H+である。これら特定の濃度は、アノード液が25%SOCであり、カソード液が50%SOCである場合、H+濃度が等しくなるように選択される。アノード液とカソード液との間のSOCの差異は、アノード液がカソード液の容積の2倍を有することにより生じる。
Fe-Crレドックスフロー電池システム、ならびに他のレドックスフロー電池システムが有する別の難題は、金属不純物、例えば、ニッケル、アンチモン、亜鉛、ビスマス、白金、金、または銅の存在である。少なくとも一部の事例では、これらの金属不純物は、陰極表面上の水素生成を増加させ得る。このような金属の不純物は、天然不純物として、または鉄およびクロム化合物またはレドックスフロー電池システムの他の部分のリファイニングまたは製造の一部として、または他のあらゆるメカニズムを介して存在し得る。
少なくとも一部の実施形態では、金属の不純物の除去または削減は、レドックスフロー電池システムの製造中、レドックスフロー電池システム作動開始前、またはレドックスフロー電池システムの作動中、またはこれらのいずれかの組合せにおいて実施される。金属不純物の除去のためのこれらの方法およびシステムは、Fe-Crレドックスフロー電池システムに限定されず、他のレドックスフロー電池システム、例えば、バナジウム、バナジウム-臭素、バナジウム-鉄、亜鉛-臭素、および有機レドックスフロー電池システムでもまた利用することができることを理解されたい。
少なくとも一部の実施形態では、Fe-Crレドックスフロー電池システムに対するAOSは、AOS=((カソード液およびアノード液中のFe3+のモル)*3+(カソード液およびアノード液中のFe2+のモル)*2+(アノード液およびカソード液中のCr3+のモル)*3+(アノード液およびカソード液中のCr2+のモル)*2)/(カソード液およびアノード液中のFeのモル+アノード液およびカソード液中のCrのモル)として記載することができる。
7H2O+2Cr3+-6e-→Cr2O7 2-+14H+E0=+1.33V
Fe3++e-→Fe2+E0=+0.77V
クロム酸イオンは、ウレアまたはアンモニアと反応して、Cr3+を再生し、システムを再平衡化することができる:
Cr2O7 2-+8H++CO(NH2)2→2Cr3++CO2+N2+6H2O
Cr2O7 2-+8H++2NH3→2Cr3++N2+7H2O
代わりにまたはさらに、少なくとも一部の実施形態では、レドックスフロー電池システムを再平衡化するために、レドックスフロー電池システムは、アノード液またはカソード液のいずれかと併せて平衡配置を含むことによって、システムを再平衡化し、貯蔵容量を回復する。少なくとも一部の実施形態では、平衡配置は、バナジウム供給源(オキソバナジウム(VO2+)およびジオキソバナジウム(VO2+)イオン性種を生成する)および還元剤、例えば、酸化可能な炭化水素化合物を利用して、システムを再平衡化し、貯蔵容量を回復させる。以下の実施形態はFe-Crレドックスフロー電池システムへの平衡配置の添加を例示している。このような平衡配置は他のレドックスフロー電池システム、または他の化学物質および/または電気化学的システムと共に使用することができることを理解されたい。
VO2++H2O+Fe3+→VO2++Fe2++2H+
6VO2++6H++CO(NH2)2→6VO2++CO2+N2+5H2O
6VO2++6H++2NH3→6VO2++N2+6H2O
以下の反応方程式は、鉄ベースのカソード液114、オキソバナジウムイオンを含有する平衡電解質562、およびフルクトースを含有する還元剤563を、少なくとも0.23Vの電位供給源561からの外部電位の適用と共に使用したシステムの再平衡化の別の例を例示している:
VO2++H2O+Fe3+→VO2++Fe2++2H+
24VO2 ++24H++C6H12O6→24VO2++6CO2+18H2O
上記2つの例で例示された反応を介して、レドックスフロー電池システム100のAOSを減少させることができ、H+イオンは回復した水素生成において失われる。少なくとも一部の実施形態では、このような触媒は、多くの場合水素生成を増加させるので、この再平衡化(またはAOSの修復または貯蔵容量の回復)はいかなる金属触媒も利用しない。少なくとも一部の実施形態では、平衡電解質562のVO2+は、還元剤563を使用してVO2+イオンが再生されるので、均質な触媒であると考えることができる。少なくとも一部の実施形態では、VO2+イオンの還元は平衡半電池566において生じる。
図5Cおよび5Dは、カソード液の代わりに、アノード液112(および対応するアノード液ポンプ572’およびアノード液平衡分配用配置576’)と共に作動する平衡配置500’を有するレドックスフロー電池システム100の別の実施形態を例示している。少なくとも一部の実施形態では、アノード液ポンプ120はまた、アノード液平衡ポンプ572’として使用することもできる。
VO2++H2O+Cr3+→VO2++Cr2++2H+
24VO2++24H++C6H12O6→24VO2++6CO2+18H2O
フルクトースの代わりに、上記に列挙されたものを含めて、他の還元剤を使用することができる。
図5Eは、カソード液またはアノード液のいずれかおよびレドックスフロー電池システム100の残りの箇所に連結された対応するカソード液/アノード液タンク118/116と共に作動するように適合させることができる平衡配置500”の別の実施形態を例示している。この実施形態は、カソード液/アノード液タンク118/116および平衡タンク562との間に、中間タンク584および2つの中間半セル586、588ならびに対応する半セル556/558を組み込んでいる(平衡タンクと同様に、中間ポンプおよび中間分配用配置、ならびに2つの半セル586、588の間の中間分離体ならびに2つの半セル586、588の電極の間に電位を適用する供給源電位が存在し得る)。一実施形態では、中間タンク584内の中間電解質はV2+/V3+イオンを含有する。
VO2++H2O-e-→VO2++2H+(半セル556)
V3++e-→V2+(半セル558)
V2+-e-→V3+(半セル586)
Fe3++e-→Fe2+(半セル588)
24VO2 ++24H++C6H12O6→24VO2++6CO2+18H2O(平衡タンク562または半電池556または両方)
フルクトースの代わりに、上記に列挙されたものを含めて、他の還元剤を使用することができる。
本明細書に記載されている平衡配置は、他のレドックスフロー電池システムと共に、特に水素気体を生成することが可能な他のレドックスフロー電池システムと共に利用することができることを認識されたい。このようなレドックスフロー電池システムの例として、これらに限定されないが、Zn-BrまたはZn-Clレドックスフロー電池システム、バナジウムベースの(例えば、すべてのバナジウム、V-Br、V-Cl、またはV-ポリハライド)レドックスフロー電池システム;Fe-Vもしくは他の鉄ベースのレドックスフロー電池システム(例えば、すべての鉄レドックスフロー電池システム);または有機のレドックスフロー電池システムが挙げられる。
2Cr2++Cl2→2Cr3++2Cl-
2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl-
少なくとも一部の事例では、電解質およびレドックス反応の化学的生成物のリークからの酸性溶液および化学物質蒸気は、レドックスフロー電池システム100内の電子デバイス(例えば、コントローラー128、スイッチ、弁、ポンプ、センサーなど)を損傷する可能性がある。加えて、リークは環境の損傷または汚染をもたらし得る。
少なくとも一部の実施形態では、クロマイト鉱石は、上記に記載されているアノード液またはカソード液に使用されているクロム含有化合物を得るための出発材料として使用することができる。クロマイト鉱石(化学式FeO-Cr2O3で表される鉄と酸化クロムの混合物)は高温(少なくとも1000℃)および還元条件下で、炭素源を用いて処理することによって、鉱石を予め決定された含有量の未燃焼炭素粒子を有する多孔質Fe-Cr合金へと変換する。
FeCr2O4+C→Fe-Cr-C+CO+CO2
Fe-Cr-C粒子は、予め決定されたサイズに粉砕して、次いで大気中で高温硫酸に溶解して、FeSO4およびCr2(SO4)3を生成する。任意に溶液は濾過して、不溶性の構成要素を除去してもよい。
Fe+Cr+H2SO4→Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+H2
塩化カルシウムまたは塩化バリウムを溶液に加えて、大部分の硫酸イオンアニオンを除去する。溶液を濾過して、硫酸カルシウムまたは硫酸バリウムおよび他の不溶性構成要素を除去する。
CaCl2+Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3→CaSO4+FeCl3+CrCl3
BaCl2+Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3→BaSO4+FeCl3+CrCl3
FeCl3/CrCl3混合物は、水および還元した鉄粉末を加えて、FeCl2/CrCl3溶液を生成することによって、電解質として使用することができる。所望する場合、還元した鉄およびFeCl3の反応からの熱で溶液を加熱することができる。
Fe+2FeCl3→2FeCl2+熱(およそ168.3kJ/モルの鉄)
少なくとも一部の実施形態では、H2SO4またはHClを溶液に加えて、最終電解質組成物を生成する。
Cr(OH)3+3HCl→CrCl3+3H2O
2Cr(OH)3+3H2SO4→Cr2(SO4)3+6H2O
を提供することができる。
代わりに、HClと組み合わせて、FeCl2、Fe+FeCl3、Fe(OH)2、またはFe+Fe(OH)3を加えることは、電解質組成物を生成することができる。
少なくとも一部の実施形態では、第2次レドックスフロー電池配置201は、高パワー送達期間中、負荷130に対して直列または並行した立体配置で第2のレドックスフロー電池配置201を配置することにより、第1次レドックスフロー電池配置101を補助するために使用することができる。
レドックスフロー電池は、図11に例示されているように、レドックスセル電池システム100に結合している電解セル1130中の水1112の電解による水素の生成のために使用することができる。電解セル1130は、電極1102、1108を含み、水素除去配置1125は、電解セル1130内の水の電解により生成される水素気体1113を、水素気体貯蔵タンク1117に送達する。酸素気体からの水素気体1113の分離は公知であり、いずれか適切な方法を使用して実施することができる。
代わりにまたはさらに、少なくとも一部の実施形態では、水素気体1113はレドックスフロー電池システム100の作動の副生成物である。水素除去配置(水素除去配置1125と類似)は、第1の半セル106または第2の半セル108のいずれかで生成した水素気体1113を、水素気体貯蔵タンク1117に送達する。レドックスフロー電池システム100の充電のこの副生成物は追加の生成物として販売することができる。
レドックスフロー電池システムを知ることは有用である。従来のAOS決定方法は、試料を採取し、オフラインで電位滴定分析を行い、インサイチュでUV-Vis測定を得ること、または基準電極に対してインサイチュで潜在的相違点測定を実施することを含む。これらの技術は速度が遅く、または比較的に不正確である可能性がある。
少なくとも一部の実施形態では、アノード液/カソード液タンク116、118はそれぞれ一連のタンクであることができる。例えば、少なくとも一部の実施形態では、アノード液/カソード液タンク116、118は、図21に例示されているように、第1次電解質タンク2116および1つまたは複数の補助電解質タンク2118をそれぞれ含む。少なくとも一部の実施形態では、第1次電解質タンク2116は、立方体または長方形の直方体とは対照的に図21に例示されているように、円柱状である。少なくとも一部の実施形態では、円柱状タンクはリークの可能性が低いのに対して、立方体または長方形の直方体は特に比較的に大きなタンクに対してリークを起こす傾向がある。
このAOS決定方法は、上記に記載されているFe-Crレドックスフロー電池システムを使用して例示される。しかし、これらの方法は、いずれか他の適切なレドックスフロー電池システムと共に使用することができることを理解されたい。この例では、カソード液とアノード液の両方が鉄およびクロムイオンを含む。平衡したシステムに対して、レドックスフロー電池システムが完全に放電された場合、アノード液とカソード液の両方の中にFe2+およびCr3+のみが存在する。充電が適用されると、システムには以下のレドックス反応が生じる:
Fe2+-→Fe3++e(Eo=+0.77V、陽極側)
Cr3++e-→Cr2+(Eo=-0.40V、陰極側)
少なくとも一部の実施形態では、陽極の電解質と陰極の電解質との間の潜在的相違は、図13の第1の充電曲線990により例示されているように、0.9V超に直ちに増加し得る。
Fe2+-→Fe3++e(陽極側)
Fe3++e-→Fe2+(陰極側)
これらの反応は、すべてのFe3+イオンが陰極の電解質において消費されるまで、低い電位で生じる。これは図13の低い電位充電領域992a、994aに対応する。すべてのFe3+イオンが消費されて初めて、クロムイオンは、高い電位充電領域992b、994bに例示されているように、より高い帯電電位で還元される。
VO2++H2O+Fe3+→VO2 ++Fe2++2H+
24VO2 ++24H++C6H12O6→24VO2++6CO2+18H2O
AOSの再平衡化は、還元剤563(フルクトース)を平衡電解質562に提供することにより達成することができる。例えば、モル量のFe3+を(1/24)で掛けたものと等しいモルの量のフルクトースを理想的に提供することによって、AOSを再平衡化することができる。より多くのフルクトースを使用して、システム内の非理想的要素によるAOSを、完全に再平衡化することができることを認識されたい。
次いでステップ1170では、これら2種の測定、鉄およびクロムの初期の濃度または量、半セルの容積、ならびにアノード液およびカソード液の容積を使用してAOSを決定することができる。
所与のレドックスフロー電池システムに対して、電池スタック内側の電解質容積と、全電池システムとの固定された比が存在する。電池スタック内側の電解質容積は電解質タンクの外側の容積より常にずっと小さい。よって、スタック内側の電解質は、全システムの電解質を充電および放電するよりもずっと速く充電および放電する。レドックスフロー電池の利用可能な許容量のための迅速な測定のための解決策は、所与の作動条件において電解質の流れがないだけの条件下での、スタック内での電解質の充電または放電であり、次いでシステム設計パラメーターに基づき、この結果を全システムへと変換する。
一例として、Fe-Crレドックスフロー電池システムの一実施形態に対して、1.100VのOCVに充電した後、これを33mW/cm2で0.60Vまで放電し、放電エネルギーおよび関連した終了OCVが以下の表に付与されている。
この表に示されている通り、同じ放電条件下での終了OCVは、システムの利用可能な貯蔵または充電容量に対する指標として使用することができる。したがって、終了OCVはまた、AOSの指標としても使用することもできる。
よって、少なくとも一部の実施形態では、利用可能な貯蔵または充電容量またはAOSは、一連の所与の条件下、例えば、予め選択した放電速度またはパワー下でのシステムの全放電、これに続く終了OCVの測定により決定することができる。この終了OCVは、予め決定されたOCV曲線、予め決定された参照表もしくは他の較正表、チャートなどと比較することができ、または予め決定された数学的関係に適用して、貯蔵もしくは充電容量もしくはレドックスフロー電池システムのAOSを決定することもできる。
少なくとも一部の実施形態では、放電および終了OCV測定は、半セル106、108および電極102、104を使用して実施することができる。少なくとも一部の実施形態では、全レドックスフロー電池システムは放電されている。
ステップ1576では、放電後、終了OCVを測定する。ステップ1578では、測定された終了OCVは、予め決定されたOCV曲線、予め決定された参照表または他の較正表、チャートなどと比較され、または終了OCVを、1種もしくは複数の活性種の濃度、貯蔵もしくは充電容量、またはレドックスフロー電池システムのAOSと関係づける予め決定された数学的関係に適用される。少なくとも一部の実施形態では、予め決定された終了OCV曲線;予め決定された参照表もしくは他の較正表、チャートなど;または予め決定された数学的関係への適用は、1種もしくは複数の活性種、貯蔵、もしくは充電容量、またはAOSの濃度の異なる値を有するレドックスフロー電池システムの予め選択した放電速度を使用して、終了OCVを実験的に測定することにより得られる。
少なくとも一部の実施形態では、貯蔵または充電容量またはAOSが決定され、システムが不均衡であることが示唆された場合、上記に記載されている技術のいずれかを利用して、レドックスフロー電池システムを再平衡化することができる。
少なくとも一部の実施形態では、予め決定されたOCV曲線;予め決定された参照表もしくは他の較正表、チャートなど;もしくは予め決定された数学的関係への適用は、平衡したシステムにおける選択されたイオン性種の異なる量もしくは濃度に対してOCVを実験的に測定することにより得られる。
少なくとも一部の実施形態では、AOSが決定され、システムが不均衡であることが示唆された場合、上記に記載されている技術のいずれかを利用して、レドックスフロー電池システムを再平衡化することができる。
少なくとも一部の実施形態では、アノード液112またはカソード液114(または両方の)のAOSまたはSOC(またはAOSまたはSOCを示す他の値)は、アノード液またはカソード液が半セル106、108(またはアノード液またはカソード液分配用配置124、126に沿った他の箇所で)を出入りして、アノード液112またはカソード液114の時間的エネルギープロファイルを記録する際に、断続的、定期的、または連続的に測定または推定されてもよい。時間的エネルギープロファイルは、アノード液/カソード液の異なる部分のAOSまたはSOCを表すことができ、アノード液/カソード液の全容積を介してAOSまたはSOCにおける変化形プロファイルに対応することができる。
少なくとも一部の実施形態では、時間的エネルギープロファイルは、AOSもしくはSOCの測定、計算、もしくは推定、またはAOSもしくはSOCを示す量、例えば、アノード液またはカソード液の測定された電圧であってよい。少なくとも一部の実施形態では、AOSまたはSOCは、時間的エネルギープロファイルに対して決定または推定される。少なくとも一部の実施形態では、時間的エネルギープロファイルは、断続的、周期的、もしくは連続的な測定、またはAOSもしくはSOCを示す他の計算値(例えば、比例している、または線形もしくは非線形方式で相対的である)を含む(または基づく)。
少なくとも一部の実施形態では、アノード液112またはカソード液114のみの測定を行うために状態測定デバイス123が配置される。このような配置は、アノード液/カソード液の平衡が維持された場合、最も良く作用し得る。
代わりにまたはさらに、充電測定デバイス127は、充電源132により供給されるパワーを断続的、定期的、または連続的に測定するために使用される。
ステップ2304では、アノード液またはカソード液の時間的プロファイルが測定を使用して作成される。少なくとも一部の実施形態では、アノード液またはカソード液のAOSまたはSOCは、少なくとも1種の状態測定デバイスにより行われる測定から決定され、これを使用して、時間的エネルギープロファイルを作成する。少なくとも一部の実施形態ではまた、アノード液またはカソード液内での荷電種の拡散の推定を使用して、時間的エネルギープロファイルを作成する。
ステップ2306では、放電中、システムのコントローラー128は、時間的エネルギープロファイルに基づきアノード液/カソード液ポンプ120、122のポンプスピードを変動させて、負荷に対して必要とされるパワーを提供する。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔1〕レドックスフロー電池システムであって、
溶液中にクロムイオンを含むアノード液であって、前記クロムイオンの少なくとも一部分が、以下のうちの少なくとも1種:NH 3 、NH 4 + 、CO(NH 2 ) 2 、SCN - 、またはCS(NH 2 ) 2 とクロム錯体を形成するアノード液、
溶液中に鉄イオンを含むカソード液、
前記アノード液と接触している第1の電極を含む第1の半セル、
前記カソード液と接触している第2の電極を含む第2の半セル、および
前記第1の半セルを前記第2の半セルから分離している第1の分離体
を含む、レドックスフロー電池システム。
〔2〕前記クロム錯体が、式[Cr 3+ (J) x (M) y (H 2 O) z ]
(式中、x、y、およびzは負ではない整数であり、x+y+z=6であり、xは少なくとも1であり、
Jは、NH 3 、NH 4 + 、CO(NH 2 ) 2 、SCN - 、またはCS(NH 2 ) 2 からなる群から選択され、
各MはJとは異なり、独立して、Cl - 、F - 、Br - 、I - 、NH 4 + 、NH 3 、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、CN - 、SCN - 、S 2- 、O-NO 2 - 、OH - 、NO 2 - 、CH 3 CN、C 5 H 5 N、NC 5 H 4 -C 5 H 4 N、C 12 H 8 -N 2 、CO(NH 2 ) 2 、CS(NH 2 ) 2 、P(C 6 H 5 ) 3 、-CO、CH 3 -CO-CH 2 -CO-CH 3 、NH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 、NH 2 CH 2 COO - 、O-SO 2 2- 、またはP(o-トリル) 3 からなる群から選択される)
を有する化合物またはイオンを含む、前記〔1〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔3〕JがNH 3 またはNH 4 + であり、少なくとも1つのMがCO(NH 2 ) 2 である、前記〔2〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔4〕前記クロム錯体が、アンモニウム、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、フッ化物イオン、硫酸イオン、または硝酸イオンからなる群から選択される少なくとも1つの対イオンをさらに含む、前記〔2〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔5〕JがNH 3 またはNH 4 + である、前記〔2〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔6〕JがCO(NH 2 ) 2 またはCS(NH 2 ) 2 である、前記〔2〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔7〕前記クロム錯体がインサイチュで形成される、前記〔1〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔8〕溶液中にバナジウムイオンを含む平衡電解質、
前記アノード液または前記カソード液と接触している第3の電極を含む第3の半セル、
前記平衡電解質と接触している第4の電極を含む第4の半セル、および
ジオキソバナジウムイオンを還元するための前記平衡電解質内のまたは前記平衡電解質に導入可能な還元剤
を含む平衡配置
をさらに含む、前記〔1〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔9〕前記還元剤がNH 3 、NH 4 + 、CO(NH 2 ) 2 、またはCS(NH 2 ) 2 である、前記〔8〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔10〕前記還元剤が有機化合物である、前記〔8〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔11〕NH 3 、NH 4 + 、CO(NH 2 ) 2 、SCN - 、またはCS(NH 2 ) 2 から選択される少なくとも1種の窒素含有化合物を有する溶液中にクロムイオンを含むアノード液、
溶液中に鉄イオンを含むカソード液、
前記アノード液と接触している第1の電極を含む第1の半セル、
前記カソード液と接触している第2の電極を含む第2の半セル、および
前記第1の半セルを前記第2の半セルから分離している第1の分離体
を含む、レドックスフロー電池システム。
〔12〕前記窒素含有化合物がNH 3 であるかまたはNH 4 + を含む、前記〔11〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔13〕前記窒素含有化合物がCO(NH 2 ) 2 またはCS(NH 2 ) 2 である、前記〔11〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔14〕前記クロムイオンの少なくとも一部分が、以下のうちの少なくとも1種:NH 3 、NH 4 + 、CO(NH 2 ) 2 、SCN - 、またはCS(NH 2 ) 2 とクロム錯体を形成する、前記〔11〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔15〕前記クロム錯体が、式[Cr 3+ (J) x (M) y (H 2 O) z ]
(式中、x、y、およびzは負ではない整数であり、x+y+z=6であり、xは少なくとも1であり、
JはNH 3 、NH 4 + 、CO(NH 2 ) 2 、SCN - 、またはCS(NH 2 ) 2 からなる群から選択され、
各MはJとは異なり、独立して、Cl - 、F - 、Br - 、I - 、NH 4 + 、NH 3 、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、CN - 、SCN - 、S 2- 、O-NO 2 - 、OH - 、NO 2 - 、CH 3 CN、C 5 H 5 N、NC 5 H 4 -C 5 H 4 N、C 12 H 8 -N 2 、CO(NH 2 ) 2 、CS(NH 2 ) 2 、P(C 6 H 5 ) 3 、-CO、CH 3 -CO-CH 2 -CO-CH 3 、NH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 、NH 2 CH 2 COO - 、O-SO 2 2- 、またはP(o-トリル) 3 からなる群から選択される)
を有する化合物またはイオンを含む、前記〔11〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔16〕JがNH 3 またはNH 4 + であり、少なくとも1つのMがCO(NH 2 ) 2 である、前記〔15〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔17〕JがNH 3 またはNH 4 + である、前記〔15〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔18〕溶液中にバナジウムイオンを含む平衡電解質、
前記アノード液または前記カソード液と接触している第3の電極を含む第3の半セル、
前記平衡電解質と接触している第4の電極を含む第4の半セル、および
ジオキソバナジウムイオンを還元するための前記平衡電解質内のまたは前記平衡電解質に導入可能な還元剤
を含む平衡配置
をさらに含む、前記〔11〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔19〕前記還元剤がNH 3 、NH 4 + 、CO(NH 2 ) 2 、またはCS(NH 2 ) 2 である、前記〔18〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔20〕前記還元剤が有機化合物である、前記〔18〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔21〕レドックスフロー電池のための電解質の調製のための方法であって、
炭素源を使用して、クロム鉱石を還元することによって、前記クロム鉱石を、炭素粒子を有する鉄/クロム合金に変換するステップ、
炭素粒子を有する前記鉄/クロム合金を硫酸に溶解して、第1の溶液を形成するステップ、
塩化カルシウムまたは塩化バリウムを前記第1の溶液に加えて、FeCl 3 およびCrCl 3 を含む第2の溶液を生成するステップ、ならびに
酸を前記第2の溶液に加えて、前記電解質を形成するステップ
を含む、方法。
〔22〕前記クロム鉱石が、少なくとも1種の金属不純物を含み、本方法が、
前記レドックスフロー電池の電極を使用して、前記電解質中で前記少なくとも1種の金属不純物を還元して、前記少なくとも1種の金属不純物の粒子を形成するステップ、
前記少なくとも1種の金属不純物の粒子を収集するステップ、および
クリーニング溶液を使用して、前記収集した粒子を除去するステップ
をさらに含む、前記〔21〕に記載の方法。
〔23〕前記粒子を収集するステップが、前記レドックスフロー電池システムの電極上の前記粒子の少なくとも一部分を収集することを含む、前記〔22〕に記載の方法。
〔24〕前記電極が、前記粒子の収集のための交互嵌合された開口またはへこみを含む、前記〔23〕に記載の方法。
〔25〕前記少なくとも1種の金属不純物が、ニッケル、アンチモン、ビスマス、亜鉛、白金、パラジウム、金、または銅のうちの少なくとも1種を含む、前記〔22〕に記載の方法。
〔26〕前記クリーニング溶液が第二鉄イオンを含む、前記〔22〕に記載の方法。
〔27〕前記クリーニング溶液が前記レドックスフロー電池システムのカソード液の少なくとも一部分である、前記〔22〕に記載の方法。
〔28〕前記クリーニング溶液が過酸化水素または塩化第二鉄を含む、前記〔22〕に記載の方法。
〔29〕前記炭素源がグラファイト、活性炭、石炭、木炭、または一酸化炭素気体を含む、前記〔21〕に記載の方法。
〔30〕FeCl 3 またはCrCl 3 を加えて、前記電解質内でのFeCl 3 /CrCl 3 の予め選択した比を得るステップをさらに含む、前記〔21〕に記載の方法。
〔31〕レドックスフロー電池のための電解質の調製のための方法であって、
クロム廃棄物をHClまたはH 2 SO 4 中に溶解して、CrCl 3 またはCr 2 (SO 4 ) 3 および少なくとも1種の金属不純物をそれぞれ含む電解質を生成するステップ、
前記レドックスフロー電池の電極を使用して、前記電解質中で少なくとも1種の金属不純物を還元して、前記少なくとも1種の金属不純物の粒子を形成するステップ、
前記少なくとも1種の前記金属不純物の粒子を収集するステップ、ならびに
クリーニング溶液を使用して、前記収集した粒子を除去するステップ
を含む、方法。
〔32〕前記粒子を収集するステップが、前記レドックスフロー電池システムの電極上の前記粒子の少なくとも一部分を収集することを含む、前記〔31〕に記載の方法。
〔33〕前記電極が、前記粒子の収集のための、交互嵌合された開口またはへこみを含む、前記〔32〕に記載の方法。
〔34〕前記少なくとも1種の金属不純物が、ニッケル、アンチモン、ビスマス、亜鉛、白金、パラジウム、金、または銅のうちの少なくとも1種を含む、前記〔31〕に記載の方法。
〔35〕前記クリーニング溶液が第二鉄イオンを含む、前記〔31〕に記載の方法。
〔36〕前記クリーニング溶液が前記レドックスフロー電池システムのカソード液の少なくとも一部分である、前記〔31〕に記載の方法。
〔37〕前記クリーニング溶液が過酸化水素または塩化第二鉄を含む、前記〔31〕に記載の方法。
〔38〕FeCl 2 、Fe+FeCl 3 、Fe(OH) 2 、またはFe+Fe(OH) 3 を加えて、電解質内でのFeCl 3 /CrCl 3 の予め選択した比を得るステップをさらに含む、前記〔31〕に記載の方法。
〔39〕前記クロム廃棄物がCr(OH) 3 を含む、前記〔31〕に記載の方法。
〔40〕水素気体の生成のための方法であって、
溶液中にクロムイオンを含むアノード液、溶液中に鉄イオンを含むカソード液、前記アノード液と接触している第1の電極を含む第1の半セル、前記カソード液と接触している第2の電極を含む第2の半セル、および前記第1の半セルを前記第2の半セルから分離している第1の分離体を含むレドックスフロー電池を提供するステップ、
電解セルを前記レドックスフロー電池に連結するステップであって、前記電解セルが第3および第4の電極ならびに水を含むステップ、
前記レドックスフロー電池を前記電解セルに放電して、前記電解セル内での前記水の電解により水素気体を生成するステップ、
前記電解セルから前記水素気体を除去するステップ、ならびに
前記水素気体を容器内に貯蔵するステップ
を含む、方法。
〔41〕アノード液、
カソード液、
前記アノード液と接触している第1の電極を含む第1の半セル、
前記カソード液と接触している第2の電極を含む第2の半セル、
前記第1の半セル中の前記アノード液を、前記第2の半セル中の前記カソード液から分離している分離体、
前記第1の半セルまたは第2の半セルにそれぞれ入る前またはそれから離れた後の前記アノード液または前記カソード液の充電状態を示す値の測定を断続的、定期的、または連続的に行うように構成された少なくとも1種の状態測定デバイス、および
前記測定を使用して、前記アノード液または前記カソード液の時間的エネルギープロファイルをそれぞれ作成するための、前記少なくとも1種の状態測定デバイスに連結したコントローラー
を含む、レドックスフロー電池システム。
〔42〕前記少なくとも1種の状態測定デバイスが、前記第1の半セルに入る前またはそれから離れた後の前記アノード液の充電状態を示す値の測定を断続的、定期的、または連続的に行うように構成されたアノード液の状態測定デバイス、および前記第2の半セルに入る前またはそれから離れた後の前記カソード液の充電状態を示す値の測定を断続的、定期的、または連続的に行うように構成されたカソード液の状態測定デバイスを含む、前記〔41〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔43〕アノード液を前記第1の半セルに出し入れするポンプ供給を行うように構成されたアノード液ポンプ、およびカソード液を前記第2の半セルに出し入れするポンプ供給を行うように構成されたカソード液ポンプをさらに含む、前記〔41〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔44〕前記コントローラーが、前記時間的エネルギープロファイルを使用して、前記アノード液およびカソード液ポンプのポンプ供給スピードを変動させるように構成されている、前記〔43〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔45〕前記少なくとも1種の状態測定デバイスが前記アノード液またはカソード液の電圧を測定するように構成されている、前記〔41〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔46〕前記コントローラーが、前記少なくとも1種の状態測定デバイスにより行われた測定から前記アノード液またはカソード液の充電状態を決定し、前記充電状態を前記時間的エネルギープロファイルにおいて使用するように構成されている、前記〔41〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔47〕前記コントローラーが、前記少なくとも1種の状態測定デバイスにより行われた測定から前記アノード液またはカソード液の平均酸化状態を決定し、前記平均酸化状態を前記時間的エネルギープロファイルにおいて使用するように構成されている、前記〔41〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔48〕前記コントローラーが、前記測定および前記アノード液またはカソード液内での荷電種の拡散の推定を使用して、前記時間的エネルギープロファイルを作成するように構成されている、前記〔41〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔49〕前記〔41〕に記載のレドックスフロー電池システムを作動する方法であって、
前記第1の半セルまたは第2の半セルにそれぞれ入る前またはそれから離れた後の前記アノード液または前記カソード液の充電状態を示す値の測定を断続的、定期的、または連続的に行うステップ、および
前記測定を使用して、前記アノード液または前記カソード液の時間的エネルギープロファイルをそれぞれ作成するステップ
を含む、方法。
〔50〕前記レドックスフロー電池システムが、アノード液を前記第1の半セルに出し入れするポンプ供給を行うように構成されたアノード液ポンプ、およびカソード液を前記第2の半セルに出し入れするポンプ供給を行うように構成されたカソード液ポンプをさらに含み、
本方法が前記時間的エネルギープロファイルを使用して、前記アノード液およびカソード液ポンプのポンプ供給スピードを変動させるステップをさらに含む、前記〔49〕に記載の方法。
〔51〕測定を行うことが、前記アノード液またはカソード液の電圧の測定を行うことを含む、前記〔49〕に記載の方法。
〔52〕前記時間的エネルギープロファイルを作成することが、前記少なくとも1種の状態測定デバイスにより行われた測定から前記アノード液またはカソード液の充電状態を決定すること、および前記充電状態を前記時間的エネルギープロファイルにおいて使用することを含む、前記〔49〕に記載の方法。
〔53〕前記時間的エネルギープロファイルを作成することが、前記少なくとも1種の状態測定デバイスにより行われた測定から前記アノード液またはカソード液の平均酸化状態を決定すること、および前記平均酸化状態を前記時間的エネルギープロファイルにおいて使用することを含む、前記〔49〕に記載の方法。
〔54〕前記時間的エネルギープロファイルを作成することが、前記測定および前記アノード液またはカソード液内での荷電種の拡散の推定を使用して、前記時間的エネルギープロファイルを作成することを含む、前記〔49〕に記載の方法。
〔55〕前記〔1〕に記載のレドックスフロー電池システムを作動するためのプロセッサー実行可能命令を有する非一時的コンピューター可読記憶媒体であって、前記プロセッサー実行可能命令が、デバイスに組み込まれた場合、前記デバイスが動作を実施することを可能にし、前記動作が、
前記第1の半セルまたは第2の半セルにそれぞれ入る前またはそれから離れた後の前記アノード液または前記カソード液の充電状態を示す値の測定を断続的、定期的、または連続的に行うこと、および
前記測定を使用して、前記アノード液または前記カソード液の時間的エネルギープロファイルをそれぞれ作成すること
を含む、非一時的コンピューター可読記憶媒体。
〔56〕前記動作が、前記時間的エネルギープロファイルを使用して、前記レドックスフロー電池システムのアノード液およびカソード液ポンプのポンプ供給スピードを変動させることをさらに含む、前記〔55〕に記載の非一時的コンピューター可読記憶媒体。
〔57〕測定を行うことが、前記アノード液またはカソード液の電圧の測定を行うことを含む、前記〔55〕に記載の非一時的コンピューター可読記憶媒体。
〔58〕前記時間的エネルギープロファイルを作成することが、前記少なくとも1種の状態測定デバイスにより行われた前記測定から前記アノード液またはカソード液の充電状態または平均酸化状態を決定すること、および前記充電状態または平均酸化状態を前記時間的エネルギープロファイルにおいて使用することを含む、前記〔55〕に記載の非一時的コンピューター可読記憶媒体。
〔59〕前記時間的エネルギープロファイルを作成することが、前記測定および前記アノード液またはカソード液内での拡散の推定を使用して、前記時間的エネルギープロファイルを作成することを含む、前記〔55〕に記載の非一時的コンピューター可読記憶媒体。
〔60〕アノード液、
カソード液、
前記アノード液と接触している第1の電極を含む第1の半セル、
前記カソード液と接触している第2の電極を含む第2の半セル、
前記第1の半セル中の前記アノード液を、前記第2の半セル中の前記カソード液から分離している分離体、
充電源により供給されるパワーの測定を断続的、定期的、または連続的に行うように構成された少なくとも1種の充電測定デバイス、および
前記測定を使用して、前記アノード液または前記カソード液の時間的エネルギープロファイルをそれぞれ作成するための、前記少なくとも1つの充電測定デバイスに連結したコントローラー
を含む、レドックスフロー電池システム。
〔61〕レドックスフロー電池システムであって、
アノード液、
カソード液、
前記アノード液の少なくとも一部分を保持するように構成されているアノード液タンク、
前記カソード液の少なくとも一部分を保持するように構成されているカソード液タンク、
第1次レドックスフロー電池配置であって、
前記アノード液と接触している第1の電極を含む第1の半セル、
前記カソード液と接触している第2の電極を含む第2の半セル、
前記第1の半セルを前記第2の半セルから分離している第1の分離体、
前記第1の半セルと前記アノード液タンクとの間に前記アノード液を移動するように構成されている第1のアノード液ポンプ、および
前記第2の半セルと前記カソード液タンクとの間に前記カソード液を移動するように構成されている第1のカソード液ポンプ
を含む第1次レドックスフロー電池配置、ならびに
第2次レドックスフロー電池配置であって、
前記アノード液と接触している第3の電極を含む第3の半セル、
前記カソード液と接触している第4の電極を含む第4の半セル、
前記第3の半セルを前記第4の半セルから分離している第2の分離体、
前記第3の半セルと前記アノード液タンクとの間に前記アノード液を移動するように構成されている第2のアノード液ポンプ、および
前記第4の半セルと前記カソード液タンクとの間に前記カソード液を移動するように構成されている第2のカソード液ポンプ
を含む第2次レドックスフロー電池配置
を含み、
前記第2次レドックスフロー電池配置のピークパワー送達能力が、前記第1次レドックスフロー電池配置のピークパワー送達能力より低い、レドックスフロー電池システム。
〔62〕前記第1次レドックスフロー電池配置および前記第2次レドックスフロー電池配置に連結したコントローラーをさらに含む、前記〔61〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔63〕前記コントローラーが、放電パワーが第1の予め定義したレベル未満の範囲に入った場合、前記第1次レドックスフロー電池配置の作動から、前記第2次レドックスフロー電池の作動へと切り替えるように構成されている、前記〔62〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔64〕前記コントローラーが、放電パワーが第2の予め定義したレベルを超えた場合、前記第2次レドックスフロー電池配置の作動から、前記第1次レドックスフロー電池の作動へと切り替えるように構成されている、前記〔63〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔65〕前記第1の予め定義したレベルおよび前記第2の予め定義したレベルが同じである、前記〔64〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔66〕前記第2の予め定義したレベルが前記第1の予め定義したレベルより大きい、前記〔64〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔67〕前記コントローラーが、放電パワーが第3の予め定義したレベルを超えた場合、前記第2次レドックスフロー電池配置の作動を前記第1次レドックスフロー電池の作動に加えるように構成されている、前記〔62〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔68〕前記第2次レドックスフロー電池配置のピークパワー送達能力の、前記第1次レドックスフロー電池配置のピークパワー送達能力に対する比が1:5~1:200の範囲である、前記〔62〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔69〕第1の表面および前記第1の表面の反対側の第2の表面を有する第1の非導電性基材を含む第1の電極構造をさらに含み、前記第1の分離体、および前記第1の非導電性基材を介して延びる第1の導電素子を含み、前記第1の非導電性基材が前記第1の非導電性基材を介したアノード液およびカソード液の流れに抵抗し、前記第1の導電素子のそれぞれが前記第1の非導電性基材の第1の表面に曝露された第1の末端部分および前記第1の非導電性基材の第2の表面に曝露された第2の末端部分を含み、前記第1の電極が、前記第1の非導電性基材の第1の表面上に配置され、前記第2の電極が前記第1の非導電性基材の第2の表面上に配置され、前記第1の電極が前記第1の導電素子の前記第1の末端部分を含み、前記第2の電極が前記第1の導電素子の前記第2の末端部分を含む、前記〔61〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔70〕第1の表面および前記第1の表面の反対側の第2の表面を有する第2の非導電性基材を含む第2の電極構造をさらに含み、前記第2の分離体、および前記第2の非導電性基材を介して延びる第2の導電素子を含み、前記第2の非導電性基材が前記第2の非導電性基材を介したアノード液およびカソード液の流れに抵抗し、前記第2の導電素子のそれぞれが前記第2の非導電性基材の第1の表面に曝露された第1の末端部分および前記第2の非導電性基材の第2の表面に曝露された第2の末端部分を含み、前記第3の電極が、前記第2の非導電性基材の第1の表面上に配置され、前記第4の電極が前記第2の非導電性基材の第2の表面上に配置され、前記第3の電極が前記第2の導電素子の前記第1の末端部分を含み、前記第4の電極が前記第2の導電素子の前記第2の末端部分を含む、前記〔69〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔71〕前記アノード液がクロムイオンを含み、前記クロムイオンの少なくとも一部分が、以下のうちの少なくとも1種:NH 3 、NH 4 + 、CO(NH 2 ) 2 、SCN - 、またはCS(NH 2 ) 2 とクロム錯体を形成する、前記〔61〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔72〕溶液中にバナジウムイオンを含む平衡電解質、
前記アノード液または前記カソード液と接触している第5の電極を含む第5の半セル、
前記平衡電解質と接触している第6の電極を含む第6の半セル、および
ジオキソバナジウムイオンを還元するための前記平衡電解質内のまたは前記平衡電解質に導入可能な還元剤
を含む平衡配置
をさらに含む、前記〔61〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔73〕前記第2のアノード液ポンプおよび前記第2のカソード液ポンプが、前記第1のアノード液ポンプおよび前記第2のアノード液ポンプより低いポンプ供給能力を有する、前記〔61〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔74〕前記〔61〕に記載のレドックスフロー電池システムを作動する方法であって、
供給源を、前記第1次レドックスフロー電池配置または前記第2次レドックスフロー電池配置のうちの少なくとも1つに連結することにより、前記レドックスフロー電池システムを充電するステップ、および
負荷を、前記第1次レドックスフロー電池配置または前記第2次レドックスフロー電池配置のうちの少なくとも1つに連結することにより、前記レドックスフロー電池システムを放電するステップ
を含む、方法。
〔75〕前記放電するステップが、放電パワーが第1の予め定義したレベル未満の範囲に入った場合、前記第1次レドックスフロー電池配置の前記負荷への連結から、前記第2次レドックスフロー電池作動の前記負荷への連結へと切り替えることを含む、前記〔74〕に記載の方法。
〔76〕前記放電するステップが、放電パワーが第2の予め定義したレベルを超えた場合、前記第2次レドックスフロー電池配置の前記負荷への連結から、前記第1次レドックスフロー電池の前記負荷への連結へと切り替えることを含む、前記〔75〕に記載の方法。
〔77〕前記第1の予め定義したレベルおよび前記第2の予め定義したレベルが同じである、前記〔76〕に記載の方法。
〔78〕前記第2の予め定義したレベルが前記第1の予め定義したレベルより大きい、前記〔76〕に記載の方法。
〔79〕前記放電するステップが、放電パワーが第3の予め定義したレベルを超えた場合、前記第2次レドックスフロー電池配置と前記第1次レドックスフロー電池との両方を、前記負荷に連結することを含む、前記〔74〕に記載の方法。
〔80〕前記第2次レドックスフロー電池配置のピークパワー送達能力の、前記第1次レドックスフロー電池配置のピークパワー送達能力に対する比が1:5~1:200の範囲である、前記〔74〕に記載の方法。
〔81〕レドックスフロー電池システムであって、
アノード液、
カソード液、
第1の表面および前記第1の表面の反対側の第2の表面を有する基材、前記基材の前記第1の表面上に配置された第1の電極、前記基材の前記第2の表面上に配置された第2の電極、および前記基材を介して延びる導電素子を含む第1の電極構造であって、前記基材が、前記基材を介したアノード液およびカソード液の流れに抵抗し、前記導電素子のそれぞれが、前記基材の前記第1の表面に曝露された第1の末端部分および前記基材の前記第2の表面に曝露された第2の末端部分を含み、前記第1の電極が前記導電素子の前記第1の末端部分を含み、前記第2の電極が前記導電素子の前記第2の末端部分を含む、第1の電極構造、
前記第1の電極が前記アノード液と接触している第1の半セル、ならびに
前記第2の電極が前記カソード液と接触している第2の半セル
を含む、レドックスフロー電池システム。
〔82〕前記導電素子が、金属導線、炭素繊維、グラファイト繊維、または炭化ケイ素のうちの少なくとも1種を含む、前記〔81〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔83〕前記基材が、プラスチック、樹脂、炭素またはグラファイトプレート、または金属もしくは合金プレートのうちの少なくとも1種を含む、前記〔81〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔84〕前記基材が、ポリプロピレンまたはポリエチレンパーフルオロアルコキシアルカン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロ酢酸、ポリ塩化ビニル、または塩素化ポリ塩化ビニルを含む、前記〔81〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔85〕前記第1の電極または前記第2の電極のうちの少なくとも1つが追加の導電材料を含む、前記〔81〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔86〕前記追加の導電材料が、金属、炭素繊維、炭素フェルト、または炭化ケイ素を含む、前記〔85〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔87〕前記アノード液が溶液中にクロムイオンを含み、前記カソード液が溶液中に鉄イオンを含む、前記〔81〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔88〕前記アノード液が溶液中に鉄イオンをさらに含み、前記アノード液が溶液中にクロムイオンを含む、前記〔87〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔89〕平衡電解質、
第1の表面および前記第1の表面の反対側の第2の表面を有する基材、前記基材の前記第1の表面上に配置された第3の電極、前記基材の前記第2の表面上に配置された第4の電極、および前記基材を介して延びる導電素子を含む第2の電極構造であって、前記基材が、前記基材を介したアノード液およびカソード液の流れに抵抗し、前記導電素子のそれぞれが、前記基材の前記第1の表面に曝露された第1の末端部分および前記基材の前記第2の表面に曝露された第2の末端部分を含み、前記第3の電極が前記導電素子の前記第1の末端部分を含み、前記第4の電極が前記導電素子の前記第2の末端部分を含む、第2の電極構造、
前記アノード液または前記カソード液と接触している前記第3の電極を含む第3の半セル、および
前記平衡電解質と接触している前記第4の電極を含む第4の半セル
を含む平衡配置
をさらに含む、前記〔81〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔90〕前記平衡電解質が、溶液中にバナジウムイオンを含み、前記平衡配置がジオキソバナジウムイオンを還元するための前記平衡電解質内のまたは前記平衡電解質に導入可能な還元剤をさらに含む、前記〔81〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔91〕前記クロムイオンの少なくとも一部分が、以下のうちの少なくとも1種:NH 3 、NH 4 + 、CO(NH 2 ) 2 、SCN - 、またはCS(NH 2 ) 2 と共にクロム錯体を形成する、前記〔81〕に記載のレドックスフロー電池システム。
〔92〕電極構造を作製する方法であって、
前記基材を介した電解質の流れに抵抗するように構成されている基材を提供するステップ、および
前記導電素子のそれぞれが、前記基材の第1の表面に曝露された第1の末端部分および前記基材の第2の表面に曝露された第2の末端部分を含むように、前記基材を介して複数の導電素子を延ばすステップであって、前記第1の電極が前記導電素子の前記第1の末端部分を含み、前記第2の電極が前記導電素子の前記第2の末端部分を含む、ステップ
を含む、方法。
〔93〕前記延ばすステップが、前記導電素子の部分周辺で前記基材を成型することを含む、前記〔92〕に記載の方法。
〔94〕前記延ばすステップが、前記基材を介して前記導電素子を押すことを含む、前記〔92〕に記載の方法。
〔95〕前記基材を加熱して、前記導電素子の周辺に前記基材を流すステップをさらに含む、前記〔94〕に記載の方法。
〔96〕追加の第1の導電材料を前記基材の前記第1の表面上に配置するステップをさらに含み、前記第1の電極が、前記追加の第1の導電材料をさらに含む、前記〔92〕に記載の方法。
〔97〕追加の第2の導電材料を前記基材の前記第2の表面上に配置するステップをさらに含み、前記第2の電極が前記追加の第2の導電材料をさらに含む、前記〔96〕に記載の方法。
〔98〕前記〔81〕に記載のレドックスフロー電池システムを作動する方法であって
供給源を前記第1および第2の電極に連結することにより、前記レドックスフロー電池システムを充電するステップ、ならびに
負荷を前記第1および第2の電極に連結することにより、前記レドックスフロー電池システムを放電するステップ
を含む、方法。
〔99〕前記アノード液が溶液中にクロムイオンを含み、前記カソード液が溶液中に鉄イオンを含む、前記〔98〕に記載の方法。
〔100〕前記アノード液が溶液中に鉄イオンをさらに含み、前記アノード液が溶液中にクロムイオンを含む、前記〔99〕に記載の方法。
Claims (15)
- レドックスフロー電池システムであって、
溶液中にクロムイオンおよび鉄イオンを含むアノード液であって、前記クロムイオンの少なくとも一部分が、以下のうちの少なくとも1種:NH3、NH4 +、CO(NH2)2、SCN-、またはCS(NH2)2とクロム錯体を形成するアノード液、
溶液中に鉄イオンおよびクロムイオンを含むカソード液、
前記アノード液と接触している第1の電極を含む第1の半セル、
前記カソード液と接触している第2の電極を含む第2の半セル、および
前記第1の半セルを前記第2の半セルから分離している第1の分離体
を含む、レドックスフロー電池システム。 - 前記クロム錯体が、式[Cr3+(J)x(M)y(H2O)z]
(式中、x、y、およびzは負ではない整数であり、x+y+z=6であり、xは少なくとも1であり、
Jは、NH3、NH4 +、CO(NH2)2、SCN-、およびCS(NH2)2からなる群から選択され、
各MはJとは異なり、独立して、Cl-、F-、Br-、I-、NH4 +、NH3、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、CN-、SCN-、S2-、O-NO2 -、OH-、NO2 -、CH3CN、C5H5N、NC5H4-C5H4N、C12H8N2、CO(NH2)2、CS(NH2)2、P(C6H5)3、-CO、CH3-CO-CH2-CO-CH3、NH2-CH2-CH2-NH2、NH2CH2COO-、O-SO2 2-、およびP(o-トリル)3からなる群から選択される)
を有する化合物またはイオンを含む、請求項1に記載のレドックスフロー電池システム。 - JがNH3またはNH4 +であり、少なくとも1つのMがCO(NH2)2である、請求項2に記載のレドックスフロー電池システム。
- 前記クロム錯体が、アンモニウム、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、フッ化物イオン、硫酸イオン、および硝酸イオンからなる群から選択される少なくとも1つの対イオンをさらに含む、請求項2に記載のレドックスフロー電池システム。
- JがNH3またはNH4 +である、請求項2に記載のレドックスフロー電池システム。
- JがCO(NH2)2またはCS(NH2)2である、請求項2に記載のレドックスフロー電池システム。
- 前記クロム錯体がインサイチュで形成される、請求項1に記載のレドックスフロー電池システム。
- NH3、NH4 +、CO(NH2)2、SCN-、またはCS(NH2)2から選択される少なくとも1種の窒素含有化合物を有する溶液中にクロムイオンを含み、さらに鉄イオンを含むアノード液、
溶液中に鉄イオンおよびクロムイオンを含むカソード液、
前記アノード液と接触している第1の電極を含む第1の半セル、
前記カソード液と接触している第2の電極を含む第2の半セル、および
前記第1の半セルを前記第2の半セルから分離している第1の分離体
を含む、レドックスフロー電池システム。 - 前記窒素含有化合物がNH3であるかまたはNH4 +を含む、請求項8に記載のレドックスフロー電池システム。
- 前記窒素含有化合物がCO(NH2)2またはCS(NH2)2である、請求項8に記載のレドックスフロー電池システム。
- 前記クロムイオンの少なくとも一部分が、以下のうちの少なくとも1種:NH3、NH4 +、CO(NH2)2、SCN-、またはCS(NH2)2とクロム錯体を形成する、請求項8に記載のレドックスフロー電池システム。
- 前記クロム錯体が、式[Cr3+(J)x(M)y(H2O)z]
(式中、x、y、およびzは負ではない整数であり、x+y+z=6であり、xは少なくとも1であり、
JはNH3、NH4 +、CO(NH2)2、SCN-、およびCS(NH2)2からなる群から選択され、
各MはJとは異なり、独立して、Cl-、F-、Br-、I-、NH4 +、NH3、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、CN-、SCN-、S2-、O-NO2 -、OH-、NO2 -、CH3CN、C5H5N、NC5H4-C5H4N、C12H8N2、CO(NH2)2、CS(NH2)2、P(C6H5)3、-CO、CH3-CO-CH2-CO-CH3、NH2-CH2-CH2-NH2、NH2CH2COO-、O-SO2 2-、およびP(o-トリル)3からなる群から選択される)
を有する化合物またはイオンを含む、請求項11に記載のレドックスフロー電池システム。 - JがNH3またはNH4 +であり、少なくとも1つのMがCO(NH2)2である、請求項12に記載のレドックスフロー電池システム。
- JがNH3またはNH4 +である、請求項12に記載のレドックスフロー電池システム。
- 前記クロム錯体が、アンモニウム、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、フッ化物イオン、硫酸イオン、および硝酸イオンからなる群から選択される少なくとも1つの対イオンをさらに含む、請求項12に記載のレドックスフロー電池システム。
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