KR20120028302A - 산화환원 흐름 배터리를 사용하는 연료 시스템 - Google Patents

산화환원 흐름 배터리를 사용하는 연료 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20120028302A
KR20120028302A KR1020117026293A KR20117026293A KR20120028302A KR 20120028302 A KR20120028302 A KR 20120028302A KR 1020117026293 A KR1020117026293 A KR 1020117026293A KR 20117026293 A KR20117026293 A KR 20117026293A KR 20120028302 A KR20120028302 A KR 20120028302A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
redox composition
vessel
flow
redox
receiving
Prior art date
Application number
KR1020117026293A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102046773B1 (ko
Inventor
예트밍 치앙
리카르도 바자렐라
Original Assignee
24엠 테크놀러지스 인코퍼레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 24엠 테크놀러지스 인코퍼레이티드 filed Critical 24엠 테크놀러지스 인코퍼레이티드
Publication of KR20120028302A publication Critical patent/KR20120028302A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102046773B1 publication Critical patent/KR102046773B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/80—Exchanging energy storage elements, e.g. removable batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/8626—Porous electrodes characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/94—Non-porous diffusion electrodes, e.g. palladium membranes, ion exchange membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H01M8/04208—Cartridges, cryogenic media or cryogenic reservoirs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/22—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
    • H01M8/225—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising particulate active material in the form of a suspension, a dispersion, a fluidised bed or a paste
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
    • H01M2004/8694—Bipolar electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/30—Fuel cells in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/8626—Porous electrodes characterised by the form
    • H01M4/8631—Bipolar electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

전력을 제공하는 스택이 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리(다르게는 "연료"라 칭함)를 홀딩하는 저장 용기들로부터 용이하게 분리되는 흐름 전지를 포함하는 자동차 또는 다른 전력 시스템이 설명된다. "연료" 탱크들이 제거가능하고 충전소에서 개별적으로 충전되는 사용 방법이 또한 제공되고, 충전된 연료와 함께 탱크들은 비히클 또는 다른 전력 시스템의 뒤에 배치되어, 고속 연료 보급을 허용한다. 이 기술은 또한, 방전된 연료가 충전되는 충전 시스템을 제공한다. 충전된 연료는 전원에서 저장 탱크들로 배치될 수 있고 비히클로 복귀될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 저장 탱크들에서의 충전된 연료는 나중에 사용될 수 있다. 충전된 연료는 상이한 장소 또는 시간에서의 사용을 위해 운반 또는 저장될 수 있다.

Description

산화환원 흐름 배터리를 사용하는 연료 시스템{FUEL SYSTEM USING REDOX FLOW BATTERY}
관련 출원들
본 출원은 "Fuel System Using Redox Flow Battery"라는 명칭으로 2009년 8월 21일 출원된 미국 가출원 제 61/235,859 호, 및 "Fuel System Using Redox Battery"라는 명칭으로 2009년 4월 6일 출원된 미국 가출원 제 61/166,958 호에 관한 것이다. 이들 출원들은 그 전부가 참조로서 통합된다.
참조로서 통합
여기에 인용된 모든 특허들, 특허 출원들 및 공보들은 여기에 기재된 발명 당시의 당업자에게 공지된 것으로서 그 시점의 기술적 수준을 더욱 충분하게 설명하기 위해 그 전체가 참조로 여기에 통합된다.
흐름 전지들 또는 산화환원 배터리들 또는 가역 연료 전지들로서 또한 알려진 산화환원 흐름 배터리들은, 양극 및 음극 반응물들이 전지의 동작 동안 산화되거나 환원되는 용액에서의 가용성 금속 이온들인 에너지 저장 디바이스들이다. 양극에서 하나 및 음극에서 하나인, 2개의 가용성 산화환원 커플들을 사용하여, 고체 상태 반응이 회피된다. 통상적으로, 산화환원 흐름 전지는 적어도, (캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리로 또한 각각 칭하는) 양극 및 음극 반응물들을 분리하는 이온 운송막, 및 외부 회로로의 전자들의 전달을 용이하게 하지만 산화환원 반응에는 참여하지 않는 (즉, 집전체 재료들 자체는 패러데이 작용을 받지 않음) 양 및 음의 집전체들(또한 전극들로 칭함)을 포함하는 발전 어셈블리를 갖는다.
흐름 배터리의 컴포넌트들 및 종래의 1차 및 2차 배터리들의 컴포넌트들에 대한 전문용어에서의 차이가 여기에 언급된다. 흐름 배터리에서의 전극-활성 용액들은 통상적으로는, 전해질이 단지 이온 운송 매체이고 패러데이 작용을 받지 않는 리튬 이온 배터리들에서의 프랙티스와는 반대로, 전해질들을 칭하고, 구체적으로는, 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리를 칭한다. 흐름 배터리에서, 산화환원 반응들이 발생하고 전자들이 외부 회로로 또는 외부 회로로부터 운송되는 비-전기화학적 활성 컴포넌트들은 전극들로서 알려진 반면에, 종래의 1차 또는 2차 배터리에서, 이들은 집전체들로서 알려져 있다.
산화환원 흐름 배터리들이, 이들이 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리 저장부들의 크기를 증가시킴으로써 거의 임의의 값의 총 전하 용량으로 구축될 수 있다는 사실을 포함하는 많은 매력적인 특징들을 갖지만, 이들의 제한들 중 하나는, 액체 용제에서의 금속 이온 산화환원 커플들의 가용성에 의해 결정된 큰 부분인 이들의 에너지 밀도가 비교적 낮다는 것이다. 금속 이온 가용성이 증가될 수도 있는 범위는 제한된다.
수계 전해질 배터리들, 및 구체적으로는, 전기활성 재료로서 아연을 활용하는 배터리들의 분야에서, 금속 입자들의 서스펜션(suspension)을 포함하고, 이 서스펜션이 막 및 집전체를 지나 흐르는 전해질들이 설명되었다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,126,733 호 및 5,368,952 호 및 유럽 특허 EP 0330290B1 을 참조. 이러한 전극들을 언급하는 목적은, 해로운 Zn 금속 수지상결정 형성을 방지하고, 전극들의 해로운 패시베이션을 방지하거나, 전지 방전으로서 양극에서 용해될 수 있는 아연산염의 양을 증가시키기 위한 것이다. 그러나, 입자들의 서스펜션을 갖는 전해질들이 사용될 때에도 이러한 수계 배터리들의 에너지 밀도는 비교적 낮게 유지된다. 이러한 배터리들은 전기 자동차의 실제 동작을 허용하는데 충분한 높은 비에너지(specific energy)를 제공할 수 없고, 예를 들어, 풍력 및 태양열 발전과 같은 단속적인 재생 에너지 소스들의 그리드 서비스들 또는 저장부에서의 애플리케이션들을 포함하는, 정상 에너지 저장부용의 종래의 산화환원 배터리들 이상의 비에너지 또는 에너지 밀도에서 실질적 개선을 제공하지 못한다.
흐름 전지들을 사용하는 연료 자동차들용의 교환가능한(swappable) 연료 탱크가 설명된다. 교환가능한 연료 탱크는 전력을 생성하기 위해 산화환원 흐름 배터리에서 사용될 수 있는 캐소드 슬러리 및/또는 애노드 슬러리를 포함한다. 이하 매우 상세히 설명되는 바와 같이, 애노드 및 캐소드 슬러리들은 이온 투과성 막 및 외부 회로에 접속된 전극들을 지나 흐르고, 이에 의해, 산화환원 화학반응에 관여한다. 교환가능한 연료 탱크들 및 흐름 배터리 전지들(결합하여 "스택(stack)"이라 칭함)은 결합하여, '전력 시스템'으로 칭한다. 연료 탱크는 전력 시스템으로부터 용이하게 제거되고, 용이하게 비워지고 다시 채워지도록 구성된다. 따라서, 사용한 탱크는 대체될 수 있고/있거나 품질 또는 특성들은 더 큰 다양성 또는 기능성을 전력 시스템에 제공하기 위해 충전마다 변화될 수 있다.
다른 실시예들에서, 전력 시스템에는 내부 모니터링 능력이 장착되어 배터리의 상태가 알려진다. 모니터링될 수도 있는 전력 시스템 속성들은 애노드 및 캐소드 슬러리들의 충전의 상태, 즉, 탱크가 "차 있는지' 또는 '비어 있는지'의 정보를 제공할 수 있다. 모니터링 시스템은 또한 일반적으로, 전력 시스템의 건전 상태에 관한 정보를 제공하고 위험할 수 있거나 정정을 요구할 수 있는 상태를 식별하기 위해 시스템의 다른 특성들에 관한 정보를 제공할 수 있다.
다른 양태에서, 전력 시스템은 하나의 집적 디바이스에서 동시에 종래의 재충전가능한 배터리 및 흐름 전지인 전기 에너지 저장 디바이스 및 전원을 포함할 수 있다. 이것은 니켈 금속 수소화물 타입과 같은 수계 배터리들, 및 리튬 재충전가능한 배터리들, 나트륨 재충전가능한 배터리들, 또는 다른 알칼리 또는 알칼리 토류 또는 비-알칼리 활성 이온들에 기초하는 배터리들을 포함하는 다양한 배터리 화학반응에 적용가능하다. 리튬 이온 화학반응에 기초하는 일 실시예를 고려하면, 이러한 전지의 기본 구성은 종래의 재충전가능한 리튬 배터리에서와 같이 리튬 배터리 양극 또는 음극, 또는 둘 모두의 일측상에 세퍼레이터(separator)를 갖는다. 즉, 상기 전극들은 캐소드 또는 애노드 활성 물질을 포함하고, 금속 집전체상에 활성 물질의 코팅을 포함할 수도 있거나, 옵션으로, 폴리머 바인더들 또는 탄소질 도전성 첨가물들 또는 금속 첨가물들 또는 바인더들과 같은 구성요소를 갖는, 활성 물질을 포함하는 치밀화되거나 소결된 층과 같은 독립형 전극층일 수도 있다. 이들 이온 저장 전극들을 정지 전극(stationary electrode)들로서 칭할 것이다. 그러나, 종래의 리튬 배터리 전극과는 다르게, 상기 정지 전극들 중 하나 또는 둘 모두는 흐름 전지 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리에 대해 투과성이어서, 디바이스의 동작 동안, 정지 전극상에서 활성 물질들만, 흐름 전지 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리만, 또는 둘 모두를 충전하거나 방전하는 것이 가능하다.
하나 이상의 실시예에서, 산화환원 흐름 배터리들은 애노드 슬러리 또는 캐소드 슬러리에서 반-고체 또는 농축 액체 반응물을 포함하는 멀티-전지 스택 설계를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 산화환원 흐름 배터리들은 흐름 밸브들 및 펌프들을 통해 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리 저장 탱크들에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 애노드/캐소드 슬러리의 흐름의 방향은 애노드 슬러리/캐소드 슬러리의 충/방전 스테이지들에 의존하여 역류될 수 있다. 몇몇 특정 실시예에서, 저장 탱크는 방전된 반-고체 또는 농축된 액체 반응물을 저장하는 블래더(bladder)를 포함하고, 방전된 물질은 충전을 위해 디바이스로 되전달될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반-고체 또는 농축 액체 반응물은 매니폴드를 통해 스택화된 전지의 각각의 전지 컴파트먼트(compartment)로 도입된다. 몇몇 실시예들에서, 밸브들이 매니폴드상에 설치된다. 몇몇 실시예들에서, 밸브들은 전지 컴파트먼트의 입구 직전에 위치될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 밸브는 전지 컴파트먼트 직후에 위치될 수 있다. 밸브들은 시스템의 단락 회로의 위험을 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 인젝터들이 반-고체 다중-스택 전지의 매니폴드에 연결되고, 가압된 영역들(플리넘(plenum))이 매니폴드내에 형성된다. 플리넘은 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리를 단일 전지 컴파트먼트 또는 전지 컴파트먼트들의 그룹으로 전달하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 반-고체 또는 농축된 액체 산화환원 흐름 다중-전지 스택은 스택된 판들에 의해 조립될 수 있다. 산화환원 흐름 다중-셀 스택의 매니폴드들은 판들을 함께 스택함으로써 형성된다. 몇몇 특정 실시예들에서, 매니폴드의 내부면들은 비도전성 물질로 코팅될 수 있어서, 액체에 걸친 분류 전류를 최소화시킬 수 있다.
일 양태에서, 휴대용 디바이스 내에 하우징된 전력 시스템을 포함하는 휴대용 디바이스를 동작시키는 방법이 설명되고, 이 방법은,
상기 방법이, 복수의 흐름 전지, 적어도 하나의 분배 용기 및 적어도 하나의 수용 용기를 제공하는 단계로서,
상기 복수의 흐름 전지에서, 각 흐름 전지는,
양극 집전체,
음극 집전체,
상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체를 분리하는 이온투과성 막을 포함하고,
상기 양극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 양의 전기활성 물질을 수용하는 양의 전기활성 구역을 마련하고,
상기 음극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 음의 전기활성 물질을 수용하는 음의 전기활성 구역을 마련하고, 상기 양의 전기활성 물질 및 상기 음의 전기활성 물질 중 적어도 하나는 유동성 산화환원 조성물을 상기 전기활성 구역에서 포함하고;
상기 적어도 하나의 분배 용기는 유동성 산화환원 조성물을 상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기활성 구역 중 하나로 분배하고, 상기 분배 용기는 상기 복수의 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 분배 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 상기 흐름 전지로부터 분리될 수 있으며;
상기 적어도 하나의 수용 용기는 상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기활성 구역 중 하나로부터 유동성 산화환원 조성물을 수용하고, 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 단계;
상기 흐름 전지로 하여금 상기 디바이스를 동작시키기 위한 전기 에너지를 제공하도록 방전하게 하기 위해 상기 분배 용기로부터 상기 전기활성 구역들 중 적어도 하나로 상기 유동성 산화환원 조성물을 도입하는 단계; 및
상기 방전된 산화환원 조성물을 상기 수용 용기에서 수용하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 전력 시스템에 연료를 보급하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 수용 용기를 새로운 빈 수용 용기로 대체하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 휴대용 디바이스는 비히클이다.
임의의 선행 실시예에서, 휴대용 디바이스는 휴대용 발전기이다.
임의의 선행 실시예에서, 비히클은 지상, 공중 또는 수중 비히클이다.
임의의 선행 실시예에서, 산화환원 조성물은 전지의 동작 동안 이온들을 흡수하고 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 산화환원 조성물을 함유하는 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 전력 시스템에 연료를 보급하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물은 산화환원 조성물과는 적어도 하나의 상이한 특징을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 전력 밀도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 에너지 밀도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 반-고체 입자 크기들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 전기활성 물질 농도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물은 산화환원 조성물 보다 작은 반-고체 입자 크기 및 더 높은 전력 밀도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물은 산화환원 조성물 보다 높은 전기활성 물질 농도 및 더 높은 에너지 밀도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기 및 수용 용기는 단일체를 형성한다.
임의의 선행 실시예에서, 복수의 흐름 전지는 흐름 전지들의 스택을 형성하고, 분배 용기 및 수용 용기는 흐름 전지 스택과 가역적으로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 흐름 전지들은 병렬로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 흐름 전지들은 직렬로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 분배 용기 및 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두와 흐름 전지 스택 사이에 배치된 펌프를 제공하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 펌프는 양 방향으로의 흐름에 대해 동작가능한 가역 흐름 펌프이다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기 또는 수용 용기는 플렉시블 블래더를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 각각의 흐름 전지로의 산화환원 조성물의 흐름을 제어하고 인접 흐름 전지들 사이의 분류 전류를 최소화하기 위해 각 연료 전지의 입구에 위치된 밸브들을 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 각 흐름 전지의 각 전기활성 구역에 전달된 산화환원 조성물의 양을 제어하도록 구성되고 배열된 멀티포트 인젝션 시스템을 제공하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 멀티포트 인젝션 시스템은 복수의 컴파트먼트를 포함하고, 각 컴파트먼트는 산화환원 조성물을 각 컴파트먼트로 도입하는 인젝터들 및 흐름 전지 스택에서의 흐름 전지들의 서브세트와 유체 연통한다.
임의의 선행 실시예에서, 복수의 컴파트먼트에서의 압력은 전기활성 구역 압력에서의 압력보다 크다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 흐름 전지 스택에서 냉각제를 순환시키는 순환 시스템을 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 분배 용기 또는 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두에서의 산화환원 조성물의 체적 또는 내용물을 모니터링하기 위해 분배 용기 및 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두에 연결된 모니터링 미터를 제공하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 분배 용기를 새로 만든 산화환원 조성물로 다시 채우는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기를 다시 채우는 단계는 새로운 산화환원 조성물을 분배 용기로 도입하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 방전된 산화환원 조성물을 수용 용기로부터 제거하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방전된 산화환원 조성물을 수용 용기로부터 제거하는 단계는, 방전된 산화환원 조성물의 수용 용기를 비우는 단계를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기 및 수용 용기는 단일체를 형성하고, 이 단일체는 수용 컴파트먼트와 분배 컴파트먼트 사이에서 이동가능한 막을 갖고, 방법은 새로 만든 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 함유하는 전력 저장 용기 및 빈 사용한 산화환원 조성물 저장 용기를 포함하는 새로운 단일체로 단일체를 대체하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 분배 용기 또는 수용 용기에서의 유동성 산화환원 조성물들의 수준을 모니터링하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은,
사용한 산화환원 조성물이 수용 용기로부터 전기활성 구역으로 흐르도록 산화환원 조성물의 흐름의 방향을 역류시키는 단계; 및
방전된 산화환원 조성물을 재충전하기 위해 역방향 전압을 전력 시스템에 인가하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 재충전된 산화환원 조성물을 저장을 위해 전기활성 구역으로부터 분배 용기로 전진시키는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 사용한 산화환원 조성물의 흐름은 가역 펌프에 의해 제어된다.
임의의 선행 실시예에서, 방전된 유동성 반-고체 이온 저장 산화환원 조성물의 입자 크기는 사전선택된 전력 밀도를 제공하도록 선택된다.
임의의 선행 실시예에서, 방전된 유동성 반-고체 이온 저장 산화환원 조성물의 중량 % 단위의 부하는, 산화환원 조성물의 사전선택된 에너지 용량을 제공하도록 선택된다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 방전 동안 또는 이후에 산화환원 조성물의 상태를 모니터링하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 모니터링된 상태는, 캐소드 또는 애노드 산화환원 조성물들의 온도, 유량, 또는 상대적 양을 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 모니터링의 결과에 기초하여 산화환원 조성물의 특성을 변경하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 흐름 전지의 전력을 증가시키기 위해 전기활성 구역에 따라 산화환원 조성물의 유량을 증가시키는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 재조절하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 재조절하는 단계는,
산화환원 조성물로부터 잔류 수분을 격리하는 단계;
이온 도전성을 개선하기 위해 추가 염을 첨가하는 단계;
용제들 또는 전해질 첨가제들을 첨가하는 단계;
이온 저장을 위해 사용된 활성 물질들, 또는 도전성 첨가제들을 포함하는 추가의 고체상들을 첨가하는 단계;
액체 전해질로부터 고체상들을 분리하는 단계;
응고 보조제를 첨가하는 단계;
액체 전해질을 대체하는 단계; 또는
이들의 임의의 조합을 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 흐름 전지들 중 적어도 하나는,
전지의 동작 동안 이온들을 흡수하고 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는 전극; 및
정지 전극을 포함한다.
다른 양태에서, 정지 디바이스 내에 하우징된 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법이 설명되고, 이 방법은,
복수의 흐름 전지로서, 각 흐름 전지는,
양극 집전체,
음극 집전체,
상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체를 분리하는 이온투과성 막을 포함하고,
상기 양극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 양의 전기활성 물질을 수용하는 양의 전기활성 구역을 마련하고,
상기 음극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 음의 전기활성 물질을 수용하는 음의 전기활성 구역을 마련하고, 상기 양의 전기활성 물질 및 상기 음의 전기활성 물질 중 적어도 하나는 유동성 산화환원 조성물을 상기 전기활성 구역에서 포함하고;
상기 적어도 하나의 분배 용기는 유동성 산화환원 조성물을 상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기활성 구역 중 하나로 분배하고, 상기 분배 용기는 상기 복수의 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 상기 흐름 전지로부터 분리될 수 있으며;
상기 적어도 하나의 수용 용기는 상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기활성 구역 중 하나로부터 유동성 산화환원 조성물을 수용하고, 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 상기 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 단계;
상기 흐름 전지로 하여금 상기 디바이스를 동작시키기 위한 전기 에너지를 제공하도록 방전하게 하기 위해 상기 분배 용기로부터 상기 전기활성 구역들 중 적어도 하나로 상기 유동성 산화환원 조성물을 도입하는 단계; 및
상기 방전된 산화환원 조성물을 상기 수용 용기에서 수용하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 전력 시스템에 연료를 보급하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 수용 용기를 새로운 빈 수용 용기로 대체하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 정지 디바이스는 정지 발전기이다.
임의의 선행 실시예에서, 산화환원 조성물은 전지의 동작 동안 이온들을 흡수하고 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 산화환원 조성물을 함유하는 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 전력 시스템에 연료를 보급하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물은 산화환원 조성물과는 적어도 하나의 상이한 특징을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 전력 밀도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 에너지 밀도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 복수의 흐름 전지는 흐름 전지들의 스택을 형성하고, 분배 용기 및 수용 용기는 흐름 전지 스택과 가역적으로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 분배 용기 또는 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두에서의 산화환원 조성물의 체적 또는 내용물을 모니터링하기 위해 분배 용기 및 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두에 연결된 모니터링 미터를 제공하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기 및 수용 용기는 단일체를 형성하고, 이 단일체는 수용 컴파트먼트와 분배 컴파트먼트 사이에서 이동가능한 막을 갖고, 방법은 새로 만든 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 함유하는 전력 저장 용기 및 빈 사용한 산화환원 조성물 저장 용기를 포함하는 새로운 단일체로 단일체를 대체하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은,
사용한 산화환원 조성물이 수용 용기로부터 전기활성 구역으로 흐르도록 산화환원 조성물의 흐름의 방향을 역류시키는 단계; 및
방전된 산화환원 조성물을 재충전하기 위해 역방향 전압을 전력 시스템에 인가하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 양태에서, 비히클 내에 하우징된 전력 시스템을 포함하는 비히클이 설명되고, 전력 시스템은,
복수의 흐름 전지로서, 각 흐름 전지는,
양극 집전체,
음극 집전체,
음극 집전체와 양극 집전체를 분리하는 이온투과성 막을 포함하고,
양극 집전체 및 이온투과성 막은 양의 전기활성 물질을 수용하는 양의 전기활성 구역을 마련하고,
음극 집전체 및 이온투과성 막은 음의 전기활성 물질을 수용하는 음의 전기활성 구역을 마련하고, 양의 전기활성 물질 및 음의 전기활성 물질 중 적어도 하나는 유동성 산화환원 조성물을 전기활성 구역에서 포함하는, 상기 복수의 흐름 전지,
유동성 산화환원 조성물을 양의 전기활성 구역 또는 음의 전기활성 구역 중 하나로 분배하는 적어도 하나의 분배 용기로서, 상기 분배 용기는 복수의 흐름 전지와 연결되고 전기활성 구역과 유체 연통하고, 용기는 흐름 전지에 연결될 수 있고 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 상기 적어도 하나의 분배 용기, 및
양의 전기활성 구역 또는 음의 전기활성 구역 중 하나로부터 유동성 산화환원 조성물을 수용하는 적어도 하나의 수용 용기로서, 상기 수용 용기는 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 용기는 흐름 전지에 연결될 수 있고 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 상기 적어도 하나의 수용 용기를 포함하고,
상기 분배 용기는 제거 및 대체를 위한 액세스를 제공하도록 위치된다.
임의의 선행 실시예에서, 전력 시스템은 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 연료가 보급될 수 있다.
임의의 선행 실시예에서, 수용 용기는 새로운 빈 수용 용기로 대체될 수 있다.
임의의 선행 실시예에서, 산화환원 조성물은 전지의 동작 동안 이온들을 흡수하고 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 전력 시스템은 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 연료가 보급될 수 있다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물은 산화환원 조성물과는 적어도 하나의 상이한 특징을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 전력 밀도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 에너지 밀도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 반-고체 입자 크기들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 전기활성 물질 농도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기 및 수용 용기는 단일체를 형성한다.
임의의 선행 실시예에서, 복수의 흐름 전지는 흐름 전지들의 스택을 형성하고, 분배 용기 및 수용 용기는 흐름 전지 스택과 가역적으로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 전력 시스템은 분배 용기 및 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두와 흐름 전지 스택 사이에 배치된 펌프를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 펌프는 양 방향으로의 흐름에 대해 동작가능한 가역 흐름 펌프이다.
임의의 선형 실시예에서, 분배 용기 및 수용 용기는 플렉시블 블래더를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 비히클은 각각의 흐름 전지로의 산화환원 조성물의 흐름을 제어하고 인접 흐름 전지들 사이의 분류 전류를 최소화하기 위해 각 연료 전지의 입구에 위치된 밸브들을 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 비히클은 각 흐름 전지의 각 전기활성 구역에 전달된 산화환원 조성물의 양을 제어하도록 구성되고 배열된 멀티포트 인젝션 시스템을 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 비히클은 분배 용기 또는 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두에서의 산화환원 조성물의 체적 또는 내용물을 모니터링하기 위해 분배 용기 및 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두에 연결된 모니터링 미터를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기 및 수용 용기는 단일체를 형성하고, 이 단일체는 수용 컴파트먼트와 분배 컴파트먼트 사이에서 이동가능한 막을 갖고, 방법은 새로 만든 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 함유하는 전력 저장 용기 및 빈 사용한 산화환원 조성물 저장 용기를 포함하는 새로운 단일체로 단일체를 대체하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 양태에서, 전력 시스템은,
복수의 흐름 전지로서, 각 흐름 전지는,
양극 집전체,
음극 집전체,
음극 집전체와 양극 집전체를 분리하는 이온투과성 막을 포함하고,
양극 집전체 및 이온투과성 막은 양극을 수용하는 양의 전기활성 구역을 마련하고,
음극 집전체 및 이온투과성 막은 음극을 수용하는 음의 전기활성 구역을 마련하고, 양극 및 음극 중 적어도 하나는 전지의 동작 동안 이온들을 흡수 및 방전할 수 있는 전기활성 구역에서 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는, 상기 복수의 흐름 전지,
유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 양의 전기활성 구역 또는 음의 전기 활성 구역 중 하나로 분배하는 적어도 하나의 분배 저장 용기로서, 이 분배 저장 용기는 복수의 흐름 전지와 연결되고 전기활성 구역과 유체 연통하고, 분배 용기는 흐름 전지에 연결될 수 있고 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 상기 적어도 하나의 분배 저장 용기; 및
양의 전기활성 구역 또는 음의 전기 활성 구역 중 하나로부터 유동성 산화환원 조성물을 수용하는 적어도 하나의 수용 저장 용기로서, 이 수용 용기는 흐름 전지와 연결되고 전기활성 구역과 유체 연통하고, 수용 용기는 흐름 전지에 연결될 수 있고 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 상기 적어도 하나의 수용 저장 용기를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 양극은 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 포함하는 캐소드 슬러리를 포함하고, 음극은 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 포함하는 애노드 슬러리를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 전력 저장 용기 및 사용한 산화환원 조성물 저장 용기는 단일체를 형성한다.
임의의 선행 실시예에서, 복수의 흐름 전지는 흐름 전지들의 스택을 형성하고, 각 흐름 전지는 전지의 동작 동안 이온들을 흡수하거나 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는 적어도 하나의 전극을 포함하며, 분배 용기 및 수용 용기는 흐름 전지 스택과 가역적으로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 흐름 전지들은 병렬로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 흐름 전지들은 직렬로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 전력 시스템은 분배 용기 및 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두와 흐름 전지 사에 배치된 펌프를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 펌프는 가역 흐름 펌프이다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기 및 수용 용기는 플렉시블 블래더를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 전력 시스템은 각각의 흐름 전지로의 산화환원 조성물의 흐름을 제어하고 인접 흐름 전지들 사이의 분류 전류를 최소화하기 위해 각 연료 전지의 입구에 위치된 밸브들을 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 전력 시스템은 각 흐름 전지의 각 전기활성 구역에 전달된 산화환원 조성물의 양을 제어하도록 구성되고 배열된 멀티포트 인젝션 시스템을 더 포함한다.
임의의 선형 실시예에서, 멀티포트 인젝션 시스템은 전체 흐름 전지들의 서브-부분으로 산화환원 조성물을 공급하는 컴파트먼트로 산화환원 조성물을 도입하는 인젝터들을 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 멀티포트 인젝션 시스템은 각 흐름 전지 사이의 분류 전류를 최소화하기 위해 전기활성 구역 보다 큰 컴파트먼트 압력을 제공한다.
임의의 선행 실시예에서, 전력 시스템은 흐름 전지에서 냉각제를 순환시키는 순환 시스템을 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 전력 시스템은 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물의 전하의 상태를 모니터링하기 위해 전력 저장 용기에 연결된 레벨 미터를 더 포함한다.
또 다른 양태에서, 전력 시스템을 동작시키는 방법이 설명되고, 이 방법은,
복수의 흐름 전지로서, 각 흐름 전지는,
양극 집전체,
음극 집전체,
양극 집전체와 음극 집전체를 분리하는 이온투과성 막을 포함하고,
양극 집전체 및 이온투과성 막은 양극을 수용하는 양의 전기활성 구역을 마련하고,
음극 집전체 및 이온투과성 막은 음극을 수용하는 음의 전기활성 구역을 마련하고, 양극 및 음극 중 적어도 하나는 전지의 동작 동안 이온들을 흡수 및 방전할 수 있는 전기활성 구역에서 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는, 상기 복수의 흐름 전지;
유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 양의 전기활성 구역 또는 음의 전기활성 구역 중 하나로 분배하는 적어도 하나의 분배 저장 용기로서, 분배 저장 용기는 복수의 흐름 전지와 연결되고 전기활성 구역과 유체 연통하며, 분배 용기는 흐름 전지에 연결될 수 있고 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 상기 적어도 하나의 분배 저장 용기; 및
양의 전기활성 구역 또는 음의 전기활성 구역 중 하나로부터 유동성 산화환원 조성물을 수용하는 적어도 하나의 수용 저장 용기로서, 수용 용기는 흐름 전지와 연결되고 전기활성 구역과 유체 연통하며, 수용 용기는 흐름 전지에 연결될 수 있고 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 상기 적어도 하나의 수용 저장 용기를 포함하는, 전력 시스템을 제공하는 단계;
흐름 전지로 하여금 디바이스를 동작시키기 위한 전기 에너지를 제공하도록 방전하게 하기 위해 분배 용기로부터 전기활성 구역들 중 적어도 하나로 유동성 산화환원 조성물을 도입하는 단계; 및
방전된 산화환원 조성물을 수용 용기에서 수용하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 산화환원 조성물을 함유하는 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 전력 시스템에 연료를 보급하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 수용 용기를 새로운 빈 수용 용기로 대체하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물은 산화환원 조성물과는 적어도 하나의 상이한 특징을 갖는다.
임의의 선형 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 전력 밀도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 에너지 밀도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 반-고체 입자 크기들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물 및 산화환원 조성물은 상이한 전기활성 물질 농도들을 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물은 산화환원 조성물 보다 작은 반-고체 입자 크기 및 더 높은 전력 밀도를 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 새로 만든 산화환원 조성물은 산화환원 조성물 보다 높은 전기활성 물질 농도 및 더 높은 에너지 밀도를 갖는다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기 및 수용 용기는 단일체를 형성한다.
임의의 선행 실시예에서, 복수의 흐름 전지는 흐름 전지들의 스택을 형성하고, 분배 용기 및 수용 용기는 흐름 전지 스택과 가역적으로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 흐름 전지들은 병렬로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 흐름 전지들은 직렬로 연결된다.
임의의 선행 실시예에서, 전력 시스템은 분배 용기 및 수용 용기 중 하나 또는 양자와 흐름 전지 스택 사이에 배치된 펌프를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 펌프는 양 방향으로의 흐름에 대해 동작가능한 가역 흐름 펌프이다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기 또는 수용 용기는 플렉시블 블래더를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 각각의 흐름 전지로의 산화환원 조성물의 흐름을 제어하고 인접 흐름 전지들 사이의 분류 전류를 최소화하기 위해 각 연료 전지의 입구에 위치된 밸브들을 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 각 흐름 전지의 각 전기활성 구역에 전달된 산화환원 조성물의 양을 제어하도록 구성되고 배열된 멀티포트 인젝션 시스템을 제공하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 멀티포트 인젝션 시스템은 복수의 컴파트먼트를 포함하고, 각 컴파트먼트는 산화환원 조성물을 각 컴파트먼트로 도입하는 인젝터들 및 흐름 전지 스택에서의 흐름 전지들의 서브세트와 유체 연통한다.
임의의 선행 실시예에서, 복수의 컴파트먼트에서의 압력은 전기활성 구역 압력에서의 압력보다 크다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 흐름 전지 스택에서 냉각제를 순환시키는 순환 시스템을 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 분배 용기 또는 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두에서의 산화환원 조성물의 체적 또는 내용물을 모니터링하기 위해 분배 용기 및 수용 용기 중 하나 또는 둘 모두에 연결된 모니터링 미터를 제공하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 분배 용기를 새로 만든 산화환원 조성물로 다시 채우는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기를 다시 채우는 단계는 새로운 산화환원 조성물을 분배 용기로 도입하는 단계를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 방전된 산화환원 조성물을 수용 용기로부터 제거하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방전된 산화환원 조성물을 수용 용기로부터 제거하는 단계는, 방전된 산화환원 조성물의 수용 용기를 비우는 단계를 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 분배 용기 및 수용 용기는 단일체를 형성하고, 이 단일체는 수용 컴파트먼트와 분배 컴파트먼트 사이에서 이동가능한 막을 갖고, 방법은 새로 만든 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 함유하는 전력 저장 용기 및 빈 사용한 산화환원 조성물 저장 용기를 포함하는 새로운 단일체로 단일체를 대체하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 분배 용기 또는 수용 용기에서의 유동성 산화환원 조성물들의 수준을 모니터링하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은,
사용한 산화환원 조성물이 수용 용기로부터 전기활성 구역으로 흐르도록 산화환원 조성물의 흐름의 방향을 역류시키는 단계; 및
방전된 산화환원 조성물을 재충전하기 위해 역방향 전압을 전력 시스템에 인가하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 재충전된 산화환원 조성물을 저장을 위해 전기활성 구역으로부터 분배 용기로 전진시키는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 사용한 산화환원 조성물의 흐름은 가역 펌프에 의해 제어된다.
임의의 선행 실시예에서, 방전된 유동성 반-고체 이온 저장 산화환원 조성물의 입자 크기는 사전선택된 전력 밀도를 제공하도록 선택된다.
임의의 선행 실시예에서, 방전된 유동성 반-고체 이온 저장 산화환원 조성물의 중량 % 단위의 부하는, 산화환원 조성물의 사전선택된 에너지 용량을 제공하도록 선택된다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 방전 동안 또는 이후에 산화환원 조성물의 상태를 모니터링하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 모니터링된 상태는, 캐소드 또는 애노드 산화환원 조성물들의 온도, 유량, 또는 상대적 양을 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 모니터링의 결과에 기초하여 산화환원 조성물의 특성을 변경하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 흐름 전지의 전력을 증가시키기 위해 전기활성 구역에 따라 산화환원 조성물의 유량을 증가시키는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 방법은 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 재조절하는 단계를 더 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 재조절하는 단계는,
산화환원 조성물로부터 잔류 수분을 격리하는 단계;
이온 도전성을 개선하기 위해 추가 염을 첨가하는 단계;
용제들 또는 전해질 첨가제들을 첨가하는 단계;
이온 저장을 위해 사용된 활성 물질들, 또는 도전성 첨가제들을 포함하는 추가의 고체상들을 첨가하는 단계;
액체 전해질로부터 고체상들을 분리하는 단계;
응고 보조제를 첨가하는 단계;
액체 전해질을 대체하는 단계; 또는
이들의 임의의 조합을 포함한다.
임의의 선행 실시예에서, 흐름 전지들 중 적어도 하나는,
전지의 동작 동안 이온들을 흡수하고 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는 전극; 및
정지 전극을 포함한다.
본 발명을 제한하려는 의도가 아니고 단지 예시 목적을 위해 제공되는 아래의 도면들을 참조하여 주제가 설명된다.
도 1은 에너지 스택 및 교환가능한 연료 용기들을 갖는 하나 이상의 실시예들에 따른 전력 시스템의 예시이다.
도 2는 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리의 스택으로의 도입을 도시하는, 하나 이상의 실시예들에 따른 에너지 스택의 단면 예시이다.
도 3은 하나 이상의 실시예들에 따라 전기적으로 병렬 연결된 전지들을 갖는 에너지 스택의 단면 예시이다.
도 4는 하나 이상의 실시예들에 따라 전기적으로 직렬 연결되는 복수의 에너지 스택의 단면 예시이다.
도 5는 하나 이상의 실시예들에 따른 제거가능한 연료 저장 시스템의 예시이다.
도 6a 및 도 6b는 하나 이상의 실시예들에 이동가능한 막을 갖는 연료 탱크들의 예시들이다.
도 7a 내지 도 7c는 하나 이상의 실시예들에 따라 상이한 등급들의 애노드 또는 캐소드 슬러리를 함유하는 연료 탱크의 예시들이다.
도 8a 내지 도 8c는 하나 이상의 실시예들에 따라 상이한 전력 등급들의 애노드 또는 캐소드 슬러리를 함유하는 연료 탱크의 예시들이다.
도 9a 및 도 9b는 여러 실시예들에 따른 애노드 및 캐소드 슬러리 연료 탱크들의 재충전 및 대체를 예시한다.
도 10은 하나 이상의 실시예들에 따른 다중-산화환원 흐름 전지 스택 디바이스를 예시한다.
도 11은 하나 이상의 실시예들에 따라 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리의 방향이 가역되는 다중-산화환원 흐름 전지 스택을 예시한다.
도 12a 내지 도 12e는 하나 이상의 실시예들에 따른 설계에 통합될 수 있는 다중-전지 반-고체 흐름 전지 스택 설계 및 다양한 타입의 밸브들을 예시한다.
도 13은 하나 이상의 실시예들에 따른 반-고체 흐름 다중-전지 스택에 대한 멀티-포트 인젝션 시스템을 예시한다.
도 14는 하나 이상의 실시예들에 따라 스택된 판들에 의해 조립된 다중-산화환원 흐름 전지 스택의 바이폴라 판들 중 하나의 평면도를 예시한다.
도 15는 하나 이상의 실시예들에 따라 판들을 함께 스택함으로써 매니폴드가 형성되는 반-고체 흐름 다중-전지 스택 설계를 예시한다.
전력을 제공하는 스택이 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리(다르게는, "연료"라 칭함)를 홀딩하는 저장 용기들로부터 용이하게 분리되는 흐름 전지를 포함하는 자동차 또는 다른 전력 시스템이 설명된다. "연료" 탱크들이 제거가능하고 충전소에서 개별적으로 충전되고, 충전된 연료와 함께 탱크들이 자동차 또는 다른 전력 시스템의 뒤에 배치되어, 고속 연료보급을 허용하는 사용 방법이 또한 제공된다. 이 기술은 또한, 방전된 연료가 충전되는 충전 시스템을 제공한다. 충전된 연료는 전원에서 저장 탱크들로 배치될 수 있거나 자동차로 복귀될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 저장 탱크들에서의 충전된 연료는 나중에 사용될 수 있다. 충전된 연료는 상이한 장소 또는 시간에서 사용하기 위해 운반 또는 저장될 수 있다.
하나 이상의 실시예들에 따른 전력 시스템은, 양극 또는 연료의 애노드 슬러리들 중의 적어도 하나가 반-고체이거나 농축된 액체 반응물이고, 전극-활성 물질들이 전기화학 반응이 발생하여 전기 에너지를 생성하는 어셈블리로 운반되고 그 어셈블리로부터 운반되는 산화환원 흐름 배터리를 포함한다. "반-고체"에 의해, 물질이 슬러리, 입자 서스펜션, 콜로이드 서스펜션, 에멀션(emulsion), 또는 미셀(micelle)로서 또한 알려진 혼합물과 같은, 액상 및 고체상의 혼합물이라는 것을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 반-고체의 고체 구성성분들은, 전기 에너지를 생성하거나 저장하기 위해 배터리의 작용 이온들과의 반응 또는 합금화 또는 삽입을 받는 적어도 하나의 물질을 포함한다. 그 결과, 전지의 동작 동안, 산화환원 커플의 전기활성 물질은 용액에 들어가지 않고 그것의 산화 상태들 두 가지 모두에서 반-고체를 유지할 수 있다. 따라서, 전기활성 물질의 용해도는 전기활성 구역에서 그것의 농도를 더이상 제한하지 않아서, 흐름 전지에서 전기활성 물질들의 실제 농도의 큰 증가를 발생시킨다. 그 결과, 반-고체 산화환원 조성물을 사용하는 전지의 에너지 밀도가 크게 증가된다. 전기활성 성분을 지원하는 액체는 수계 또는 비수계일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 산화환원 흐름 배터리는 알칼리 이온 재충전가능한 전지를 포함하지만 이에 제한되지 않는 비수계 전지를 포함하고, 여기서, 작용 이온은 알칼리 이온이다. 전해질 용제들로서 통상적으로 사용된 용제들이 반-고체 캐소드 또는 애노드 슬러리들에서 액체로서 사용될 수도 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 농축된 액체 또는 농축된 이온 저장 액체는 단지 수계 흐름 전지 음극액 또는 양극액의 경우에 있는 바와 같은 용제가 아니라, 오히려 액체 자체가 산화환원-활성인 액체를 칭한다. 액체 폼은 또한, 이온 저장 액체를 포함하는 낮은-융해 액상, 에멀션 또는 미셀들을 형성하기 위해 희석제들과의 혼합을 포함하는, 희석제 또는 용제인 다른 넌-산화환원(non-redox) 활성 액체에 의해 희석될 수 있거나 그와 혼합될 수 있다. 유사하게는, 전지의 동작 동안, 산화환원 커플의 작용 이온은 용액으로 들어가지 않고 그것의 산화 상태들 양자에서 농축된 액상을 유지할 수 있다. 따라서, 전기활성 물질의 용해도는 전기활성 구역에서 그것의 농도를 더이상 제한하지 않아서, 흐름 전지에서 전기활성 물질들의 실제 농도의 큰 증가를 발생시킨다. 그 결과, 반-고체 산화환원 조성물을 사용하는 전지의 에너지 밀도가 크게 증가된다.
몇몇 실시예들에서, 산화환원 흐름 배터리는 1차 또는 재충전가능한 타입의 리튬 배터리이다. 몇몇 실시예들에서, 에너지 저장 전극들 중 적어도 하나는 리튬 금속, 갈륨 및 인듐 합금들, 융해 전치 금속 염화물, 티오닐 염화물 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 산화환원 활성 물질의 농축된 액체를 포함한다. 산화환원 배터리들에 대한 다른 정보는, 그 전체가 참조로 여기에 포함되는 "High Energy Density Redox Flow Battery" 라는 명칭의 2008년 6월 12일 출원된 공동-계류중인 가특허 출원 번호 제 61/060972 호에서 발견될 수도 있다.
종래의 흐름 배터리 양극액 및 음극액과 여기에 예시된 바와 같은 이온 저장 고체 또는 액상들 사이의 하나의 차이점은, 저장 화합물에서의 산화환원 종들의 분자 농도 또는 몰농도이다. 예를 들어, 수계 용액에서 용해된 산화환원 종들을 갖는 종래의 양극액들 또는 음극액들은 통상적으로 2M 내지 8M 농도로 몰농도가 제한될 수도 있다. 이러한 농도 범위의 더 높은 종단에 도달하기 위해 매우 산성인 용액들이 필요할 수도 있다. 반대로, 여기에 설명한 바와 같은 임의의 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물은, 리터 당 몰 또는 몰농도를 취할 때, 전기활성 물질들의 용해도가 흐름 전지에서 농도를 더이상 제한하지 않기 때문에, 산화환원 종들의 적어도 10M 농도, 바람직하게는 적어도 12M, 더 바람직하게는 15M, 및 더 바람직하게는 적어도 20M을 가질 수도 있다. 전기화학적 활성 물질은 에너지를 저장하기 위해 패러데이 반응을 받을 수 있는 이온 저장 물질 또는 임의의 다른 화합물 또는 이온 복합물일 수 있다. 전기활성 물질은 또한, 고체-액체 서스펜션들을 포함하는 넌-산화환원 활성상과 혼합된 상술한 산화환원-활성 고체 또는 액상을 포함하는 다상 물질, 또는 지지 액상과 밀접하게 혼합된 액체 이온 저장 물질을 갖는 미셀들 또는 에멀션들을 포함하는 액체-액체 다상 혼합물들일 수 있다. 유동성 이온 저장 산화환원 조성물들에 대한 반-고체 및 농축된 액체 저장 화합물 양자의 경우에서, H+ 또는 OH-가 작용 이온들인 수계 시스템들, Li+, Na+, 또는 다른 알칼리 이온들이 작용 이온들, 심지어 Ca2 + 및 Mg2 +, 또는 Al3 +와 같은 알칼리 토류 작용 이온들인 비수계 시스템들을 포함하는 다양한 작용 이온들을 활용하는 시스템이 예상된다. 이들 경우들 각각에서, 음극 저장 물질 및 양극 저장 물질이 요구될 수도 있고, 음극은 양극 보다 낮은 절대 전위에서 관심의 작용 이온을 저장한다. 전지 전압은 2개의 이온 저장 전극 물질들의 이온 저장 전위들에서의 차이에 의해 대략 결정될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, "스택" 또는 배터리의 발전부는 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리를 홀딩하는 용기들 또는 컨테이너들에 가역적으로 커플링된다. 전력 시스템이 도 1에 예시되어 있다. 전력 시스템은 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리를 흘리는 전극들 및 챔버들을 포함하는 에너지 스택(100)을 포함한다. 애노드 슬러리는 진입 도관(130)을 통해 에너지 스택으로 펌프(미도시)에 의해 용기(120)로부터 펌핑된다. 도관(130) 및 용기(120)는 전력 시스템에 대한 용기의 해제 및 연결을 허용하는 급속 분리 피팅들(quick disconnect fitting)(140)로 피팅된다. 유사하게는, 캐소드 슬러리는 진입 도관(160)을 통해 에너지 스택으로 펌프(미도시)에 의해 용기(150)로부터 펌핑된다. 도관(160) 및 용기(150)는 전력 시스템에 대한 용기의 해제 및 연결을 허용하는 급속 분리 피팅들(170)로 피팅된다. 소모되거나 '사용된' 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리는 출구 도관들(135 및 165) 각각을 사용하여 스택으로부터 제거된다. 출구 도관들은 또한 급속 해제(release) 피팅들(미도시)로 피팅된다. 에너지 스택(100)은 급속 분리 피팅(155, 155)을 또한 옵션으로 가질 수도 있다. 따라서, 용기 또는 연료 컨테이너는 시스템으로부터 제거가능하고, 애노드 슬러리 또는 캐소드 슬러리가 소모되거나 '사용'될 때 용이하게 대체될 수도 있거나 다시 채워질 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 산화환원 조성물 유체는 각 통로에서 약간 충전 및 방전되면서 흐름 전지를 통해 지속적으로 순환된다.
도관은 강체 또는 플렉시블일 수 있고, 온도 조건의 범위를 견딜 수 있고 슬러리들과 화학적으로 안정하게 접촉하는 종래의 물질들로부터 준비될 수 있다. 예시적인 물질들은 구리 또는 황동 또는 스테인리스 강과 같은 금속들, 엘라스토머들, 폴리올레핀들, 및 Teflon™과 같은 불소중합체들을 포함한다. 피팅들은 밀폐 밀봉을 제공하고 본 발명의 슬러리들과 화학적으로 안정하게 접촉하도록 선택된 튜빙(tubing) 또는 파이핑(piping)을 연결 및 분리하기 위해 사용된 임의의 종래의 피팅일 수도 있다. 예시적인 피팅들은 급속 분리 호스 피팅들 또는 유압 급속 분리 커플러들로서 일반적으로 칭하는 것들을 포함한다.
도 2는 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리용 흡입구 매니폴드들을 예시하는 에너지 스택의 내부 부분의 단면도이다. 에너지 스택은 복수의 전지를 포함하고, 복수의 전지 각각은 캐소드 슬러리(210)와 접촉하는 양극(200), 애노드 슬러리(230)와 접촉하는 음극(220), 및 애노드 슬러리를 캐소드 슬러리로부터 분리하는 이온 도전성 막(240)을 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 전극들은 전극의 양면에서 각각의 애노드 및 캐소드 슬러리와 접촉한다. 따라서, 전지들은 고체 배터리들에 대해 당업계에 알려진 바와 같이 대면 배열로 효과적으로 배열될 수 있다. 각 전지는 애노드 슬러리의 유입을 허용하기 위한 애노드 슬러리 입구(250) 및 캐소드 슬러리의 흐름을 허용하기 위한 캐소드 슬러리 입구(260)를 포함한다. 애노드 슬러리 입구는 애노드 슬러리 용기(120)로부터 단일 입구 소스(270)를 갖는 매니폴드의 일부일 수도 있다. 캐소드 슬러리 입구는 애노드 슬러리 용기(120)로부터 단일 입구 소스(280)를 갖는 매니폴드의 일부일 수도 있다. 흐름 분할은 에너지 스택의 내부 또는 외부에서 발생할 수 있다.
에너지 스택은 원하는 특성들의 세트를 갖는 전력 시스템을 제공하기 위해 병렬 또는 직렬로 전기적으로 연결되는 복수의 전기화학적 전지를 제공하기 위해 배열될 수 있다. 배터리 팩들은 여러 전지들을 직렬로 연결함으로써 원하는 동작 전압을 얻는다. 예를 들어, 직렬로 연결되는 전기화학적 전지들은 시스템의 전체 전압이 개별 전지 전압들의 합인 전지를 발생시킬 것이다. 더 높은 용량 및 전류 처리가 요구되면, 전지들은 병렬로 연결된다. 몇몇 팩들은 직렬 및 병렬 연결들의 결합을 갖는다.
도 3은 스택의 전지들이 병렬로 전기적으로 연결된 전기적 스택의 단면도이다. 복수의 양의 집전체(200)를 포함하는 스택은 양의 단자(300)에 조인(join)된다. 유사하게, 복수의 음의 집전체(220)는 음의 단자(310)에 조인된다. 개별 에너지 스택들은 원하는 배터리 성능을 제공하기 위해 직렬 또는 병렬로 더 연결될 수 있다.
도 4는 직렬로 조인된 복수의 에너지 스택(400, 410, 420)의 사시도이다. 에너지 스택의 개별 전지들은 직렬 또는 병렬로 조인될 수도 있다. 전력 시스템은 원하는 전압을 제공하기 위해 임의의 수의 개별 에너지 스택들을 포함할 수 있다.
동작중에, 에너지 스택들 각각은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 입력 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리를 개별 전지들에 분배하기 위해 매니폴드를 갖는다. 다수의 스택들이 구역재하면, 스택들 각각상의 캐소드 입력으로 가는 메인 캐소드 슬러리 흐름 라인이 구역재한다. 메인 애노드 슬러리 흐름 라인이 애노드 슬러리와 유사하게 사용될 수 있다.
하나 이상의 실시예들에 따르면, 흐름 전지 스택은 에너지 시스템으로 집적된다. 도 10은 다중-산화환원 흐름 전지 스택 디바이스(1001)를 예시한다. 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 다중-전지 스택 디바이스는 디바이스의 종단에서 종단 전극들(1019(애노드) 및 1020(캐소드)) 뿐만 아니라 1021과 같은 하나 이상의 바이폴라 전극들을 포함한다. 전극들 사이에서, 다중-전지 스택 디바이스는 1015와 같은 애노드 슬러리 컴파트먼트들 및 1016과 같은 캐소드 슬러리 컴파트먼트들을 또한 포함한다. 2개의 컴파트먼트들은 1022와 같은 이온 도전성 막들에 의해 분리된다. 이러한 배열은 디바이스에서 다중-셀 설계를 포함하도록 반복된다. 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리 컴파트먼트들에서의 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리 중 적어도 하나는 상술한 바와 같은 반-고체 또는 농축된 액체를 포함한다. 바이폴라 전극(1021)은 캐소드 슬러리 전극 컴파트먼트(1016)와 대면하는 캐소드(캐소드 집전체)(1025) 및 애노드 슬러리 셀 컴파트먼트(1027)와 대면하는 애노드(애노드 집전체)(1026)를 포함한다. 열 싱크 또는 절연체층(1028)이 캐소드(1025)와 애노드(1026) 사이에 배치된다. 몇몇 실시예들에서, 열 싱크는 냉각제를 포함한다. 도 10에서 여기서 설명된 전극 배열은 도 2와는 상이하고, 다중-산화환원 흐름 전지 스택의 대안의 설계, 즉, 대면하는 전지들 대신에 개별 전지를 나타낸다.
집전체(전극)는 전자적으로 도전성이고, 전지의 동작 조건하에서 전기화학적으로 비활성이어야 한다. 리튬 산화환원 흐름 전지들에 대한 통상의 집전체는, 시트들 또는 메시, 또는 집전체가 전해질에서 분포될 수도 있고 유체 흐름을 허용할 수도 있는 임의의 구성의 형태에서, 음의 집전체에 대해 구리, 알루미늄, 또는 티타늄, 및 양의 집전체에 대해 알루미늄을 포함한다. 집전체 물질의 선택은 당업자에게 널리 공지되어 있다. 몇몇 실시예들에서, 알루미늄이 양극에 대한 집전체로서 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 구리가 음극에 대한 집전체로서 사용된다.
막은 이온 운반이 가능한 임의의 종래의 막일 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 막은 그곳을 통해 이온들의 운반을 허용하는 액체 비투과성 막, 즉, 고체 또는 겔 이온 도체이다. 다른 실시예들에서, 막은 전자들의 전달을 방지하면서 애노드 및 캐소드 전기활성 물질들 사이의 이온들의 분류를 허용하는 액체 전해질이 주입된 다공성 폴리머 막이다. 몇몇 실시예들에서, 막은 양극 및 음극 유동성 조성물을 형성하는 입자들이 막들 크로싱하는 것을 방지하는 마이크로다공성 막이다. 예시적인 막 물질들은 리튬 염이 리튬 도전성을 제공하기 위해 착물화되는 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 폴리머, 또는 양성자 도체들인 Nafion™ 막들을 포함한다. 예를 들어, PEO계 전해질들은 지지층들로서 유리 섬유 세퍼레이터들과 같은 다른 막들로 옵션으로 안정화된, 핀홀-프리(pinhole-free) 및 고체 이온 도체인 막으로서 사용될 수 있다. PEO는 또한, 양 또는 음의 유동성 산화환원 조성물들에서, 슬러리 안정화제, 분산제 등으로서 사용될 수 있다. PEO는 통상의 알킬 카보네이트계 전해질과 안정하게 접촉한다. 이것은 특히, Li 금속에 관하여 약 3.6V 미만인 양극에서의 전지 전위와 인산염계 전지 화학반응에서 유용할 수 있다. 산화환원 전지의 동작 온도는 막의 이온 도전성을 개선하기 위해 필요할 때 상승될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 바이폴라 전극은 바이폴라 전극을 통해 냉각제를 도입하는 냉각제 영역에 의해 분리된 캐소드 및 애노드를 포함한다. 냉각제들의 비제한적인 예들은 에틸렌 글리콜 및 물을 포함한다.
다중-전지 스택 디바이스는 애노드 슬러리를 저장하는 애노드 슬러리 저장 탱크(1002)에 연결된다. 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 양변위(positive displacement) 펌프(1004)가 유량계(1006) 및 체크 밸브(1007)를 통해, 애노드 슬러리를 1015와 같은 다중의 애노드 슬러리 전지 컴파트먼트들로 전달하는 매니폴드(1013)로 애노드 슬러리를 펌핑하기 위해 사용된다. 방전된 애노드 슬러리는 매니폴드(1017), 흐름 밸브(1011)를 통해 제거되어 탱크(1002)로 복귀된다. 유사하게는, 양변위 펌프(1005)가 유량계(1023) 및 체크 밸브(1024)를 통해, 저장 탱크(1003)로부터의 캐소드 슬러리를, 1016과 같은 캐소드 슬러리 전지 컴파트먼트들로 캐소드 슬러리를 전달하는 매니폴드(1014)로 펌핑하기 위해 사용된다. 방전된 캐소드 슬러리는 매니폴드(1018), 흐름 밸브(1012)를 통해 제거되어 탱크(1003)로 복귀된다.
양변위 펌프는 고정량의 유체를 트랩핑(trap)한 후, 펌프를 통해 그 트랩핑된 체적을 포싱(변위)함으로써 유체가 이동하게 한다. 양변위 펌프(1004 또는 1005)는 펌프를 통한 유체의 손실을 최소화할 수 있고, 당업계에 공지된 임의의 양변위 펌프가 사용될 수 있다. 추가로, 유체 운반의 다른 수단이 사용될 수 있다. 유량계(1006 또는 1023)는 전지 컴파트먼트들로 펌핑되는 애노드 슬러리 또는 캐소드 슬러리의 양을 측정하고 제어한다. 당업계에 공지된 임의의 타입의 유량계가 사용될 수 있다. 유량계들의 비제한적인 예들이, 전기 유량계, 터빈 유량계, 중량 유량계 및 양변위 유량계를 포함한다. 체크 밸브들(1007 및 1024)은 유체들의 역류를 방지하기 위해 사용된다. 당업계에 공지된 임의의 체크 밸브들이 사용될 수 있다. 흐름 밸브들(1011 및 1012)의 비제한적인 예들은 임의의 기계적 또는 전기적 밸브들을 포함한다. 흐름 밸브들은 도 13에서 매우 상세히 더 논의된다. 옵션으로, 레벨 미터(1008)가 탱크 내부의 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리의 수준을 모니터링하기 위해 저장 탱크(1002 또는 1003)에 연결될 수 있다. 온도 모니터들(1010) 및 압력 모니터들(1009)이 탱크내의 온도 및 압력을 모니터링하기 위해 저장 탱크에 또한 연결될 수 있다.
도 11은 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리의 흐름 방향들이 가역적인 다중-산화환원 흐름 전지 스택 디바이스(1101)를 예시한다. 펌프들의 가역적인 성질은 전기활성 슬러리의 방전 및 재충전이 인시츄(in situ)로 발생하는 것을 허용한다. 다중-전지 스택 디바이스는 1115와 같은 애노드 슬러리 컴파트먼트들 및 1116과 같은 캐소드 슬러리 컴파트먼트들을 또한 포함한다. 2개의 컴파트먼트들이 1122와 같은 이온 도전성 막들에 의해 분리된다. 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리 컴파트먼트들에서의 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리 중 적어도 하나는 상술한 바와 같은 반-고체 또는 농축된 액체를 함유한다.
도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 다중-산화환원 흐름 전지(1101)는 애노드 슬러리 저장 탱크(1102) 및 캐소드 슬러리 저장 탱크(1104)에 연결된다. 애노드 슬러리 저장 탱크(1102)는 블래더(1103)를 더 포함한다. 동작(디바이스의 방전) 동안, 저장 탱크(1102)에서의 충전된 애노드 슬러리는 가역 흐름 펌프(1106)를 사용함으로써 화살표(1108)에 의해 표시된 바와 같은 방향으로 펌핑된다. 애노드 슬러리는 유량계(1117), 흐름 밸브(1118) 및 매니폴드(1110)로 통과한다. 매니폴드(1110)는 충전된 애노드 슬러리는 1115와 같은 애노드 슬러리 전지 컴파트먼트들로 전달한다. 사용 이후에, 방전된 애노드 슬러리는 매니폴드(1115)를 통해 제거될 수 있고, 저장을 위해 밸브(1119)를 통해 블래더(1103)로 펌핑될 수 있다. 디바이스의 충전 동안, 가역 흐름 펌프(1106)내의 흐름 방향은 역류되고, 블래더(1103)에서의 방전된 애노드 슬러리는 화살표(1109)에 의해 표시된 바와 같은 방향에서 밸브(1119)를 통해 매니폴드(1115)로 펌핑될 수 있고, 여기서, 방전된 애노드 슬러리를 1115와 같은 애노드 슬러리 컴파트먼트들로 전달한다. 그 후, 전압이 디바이스에 인가되고, 방전된 애노드 슬러리가 재충전될 수 있다.
유사하게는, 캐소드 슬러리 저장 탱크(1104)는 블래더(1105)를 더 포함한다. 동작(디바이스의 방전) 동안, 저장 탱크(1104)에서의 충전된 캐소드 슬러리는 가역 흐름 펌프(1107)를 사용함으로써 화살표(1111)에 의해 표시된 바와 같은 방향으로 펌핑된다. 캐소드 슬러리는 유량계(1120), 흐름 밸브(1121) 및 매니폴드(1113)로 통과한다. 매니폴드(1113)는 충전된 캐소드 슬러리는 1116과 같은 캐소드 슬러리 전지 컴파트먼트들로 전달한다. 사용 이후에, 방전된 캐소드 슬러리는 매니폴드(1114)를 통해 제거될 수 있고 저장을 위해 밸브(1123)를 통해 블래더(1105)로 펌핑될 수 있다. 디바이스의 충전 동안, 가역 흐름 펌프(1107)내의 흐름 방향은 역류되고, 블래더(1105)에서의 방전된 캐소드 슬러리는 화살표(1112)에 의해 표시된 바와 같은 방향으로 밸브(1123)를 통해 매니폴드(1114)로 펌핑될 수 있고, 여기서, 방전된 캐소드 슬러리를 1116과 같은 캐소드 슬러리 컴파트먼트들로 전달한다. 그 후, 전압이 디바이스에 인가되고, 방전된 캐소드 슬러리가 재충전될 수 있다. 흐름 밸브들 및 유량계들은 상술한 바와 같다.
상술한 바와 같은 반-고체 또는 농축된 액체 애노드 슬러리 또는 캐소드 슬러리는 전기적 도전성 물질들이다. 따라서, 디바이스의 동작 동안, 분류 전류가 디바이스에서의 하나 이상의 전지 컴파트먼트들 및/또는 바이폴라 전극들을 바이패스하기 위해 발생할 수도 있다. 예를 들어, 전류는 디바이스에서의 하나 이상의 전지 컴파트먼트들 및/또는 바이폴라 전극들을 바이패스하기 위해 매니폴드에서 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리를 통과할 수 있다. 다중의 개별 전지들을 포함하는 바이폴라 스택이 사용될 때, 캐소드-캐소드 및 애노드-애노드의 분류 전류의 발생은 스택 전압을 감소시킬 것이다. 하나 이상의 실시예들에서, 비도전성 밸브들이 분류 전류를 감소시키거나 방지하기 위해 매니폴드의 입구 또는 출구 위치에 도입될 수 있다.
도 12는 다중-전지 반-고체 흐름 전지 스택 설계 및 그 설계에 통합될 수 있는 다양한 타입의 밸브들을 예시한다. 도 12a는 단부 전극들(1209 및 1211), 1210 및 1212와 같은 바이폴라 전극들, 애노드 슬러리 전지 컴파트먼트(1215)와 캐소드 슬러리 전지 컴파트먼트(1214)를 분리하는 1213과 같은 막들을 포함하는 다중-전지 반-고체 흐름 전지 스택 설계(1201)를 예시한다. 1202와 같은 밸브들은 캐소드 슬러리를 캐소드 슬러리 전지 컴파트먼트(1214)로 전달하는 매니폴드(1204)의 입구 위치들 중 하나에 위치된다. 1216과 같은 밸브들은 애노드 슬러리를 애노드 슬러리 전지 컴파트먼트(1215)로 전달하는 매니폴드(1203)의 입구 위치들 중 하나에 위치된다. 1202 및 1216과 같은 밸브들은 비도전성이고, 따라서, 매니폴드를 통한 분류 전류를 방지할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 이러한 밸브들은 맥동 밸브들이고, 애노드 슬러리 또는 캐소드 슬러리가 어떠한 분류 전류도 발생시키지 않고 신속하게 통과하는 것을 허용하기 위해 단기간 동안만 개방된다. 하나 이상의 실시예들에서, 추가의 밸브들이 매니폴드(1206)의 출구 위치(1207) 및 매니폴드(1205)의 출구 위치(1208)에 위치된다.
상술한 밸브들은 임의의 기계적 또는 전기적 동작 밸브들이다. 몇몇 실시예들에서, 밸브는 솔레노이드 밸브이다. 적합한 비도전성 밸브들의 비제한적인 예들이 도 12b 내지 도 12e에 예시되어 있다. 도 12b는 볼-형 스위치를 포함하는 밸브의 개방 또는 폐쇄 형태들을 예시한다. 밸브는 밸브들의 2개의 측면의 압력차에 의해 활성된다. 도 12c는 코인-형 스위치를 포함하는 밸브의 개방 및 폐쇄 형태들을 예시한다. 밸브는 밸브들의 2개의 측면의 압력차에 의해 활성된다. 도 12d는 플래퍼(flapper)-형 스위치를 포함하는 밸브의 개방 및 폐쇄 형태들을 예시한다. 밸브는 유체 흐름을 허용하기 위해 스프링 메카니즘에 의해 활성될 수 있다. 밸브는 흐름의 방향을 역류하기 위해 더블-스프링 메카니즘에 의해 또한 활성될 수 있다. 이러한 스프링 메카니즘은 기계적 또는 전기적으로 제어될 수 있다. 상이한 타입들의 하트 기계적(heart mechanical) 밸브들이 또한 사용될 수 있다. 도 12e는 막 스위치를 포함하는 밸브의 개방 및 폐쇄 형태들을 예시한다. 막은 활성될 때 그것의 형상을 변화시키는 "형상 기억 막 물질" 로 이루어진다. 막-스위치는 전기적으로 활성될 수 있다. 다른 예들은 전기적으로 활성될 수 있는 티슈 밸브들을 포함한다. 당업계에 공지된 다른 밸브들이 또한 예상된다.
도 13은 반-고체 다중-전지 스택용 멀티-포트 인젝션 시스템을 예시한다. 멀티-포트 인젝션 시스템은 각 "플리넘" 또는 전지 컴파트먼트에 전달되는 유체의 양을 정밀하게 제어할 수 있다. 전지들의 그룹이 전압을 증가시키기 위해 더 많은 유체를 필요로 하는 경우에, 멀티-포트 인젝션은 다른 컴파트먼트들에 영향을 미치지 않고 이것을 달성할 수 있다. 유체 흐름 정확도를 증가시키고 제어한다. 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 다중-흐름 전지 설계는 (매니폴드(1302)에서의) 1301 및 (매니폴드(1307)에서의) 1305와 같은 인젝터들을 포함한다. 동작 동안, 애노드 슬러리는 매니폴드(1302)로 도입되고, 1301과 같은 인젝터들에 의해 플리넘 영역(1303)으로 인젝트된다. 플리넘 영역(1303)은 애노드 슬러리 전지 컴파트먼트(1308)로 인젝트되면 애노드 슬러리가 매니폴드(1303)로 역류하지 않도록 가압된다. 유사하게는, 캐소드 슬러리가 매니폴드(1307)로 도입되고, 1305와 같은 인젝터들에 의해 플리넘 영역(1306)으로 인젝트된다. 플리넘 영역(1306)은 캐소드 슬러리 전지 컴파트먼트(1309)로 인젝트되면, 캐소드 슬러리가 매니폴드(1307)로 역류하지 않도록 가압된다. 흐름 방향이 제어되기 때문에, 매니폴드를 통한 분류 전류가 또한 최소화된다. 이러한 구성은 상이한 "플리넘들"에서 유체들 사이의 분류 전류를 감소 또는 최소화할 수 있다. 1304와 같은 압력 트랜스듀서들이 매니폴드내의 압력을 모니터링하고 제어하기 위해 매니폴드에 포함된다.
하나 이상의 실시예들에서, 캐소드 및 애노드 슬러리들, 및 옵션으로 냉각제를 전달하기 위해 사용된 매니폴드의 내부는 유체들을 가로지르는 분류 전류를 최소화하기 위해 비도전성 물질들로 코팅된다. 하나 이상의 실시예들에서, 매니폴드 자체는 폴리머 또는 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 이루어진다.
도 14는 도 10을 참조하여 상술한 바와 같이 스택된 판들에 의해 조립된 다중-산화환원 흐름 전지 스택 설계의 바이폴라 판들 중 하나의 평면도를 예시한다. 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 판은 캐소드 집전체 또는 애노드 집전체를 포함하는 활성 영역(1401)을 포함한다. 영역(1402)은 애노드 슬러리를 애노드 슬러리 전지 컴파트먼트로 전달하기 위해 매니폴드의 일부로서 사용되는 개구(1404)를 포함한다. 영역(1402)은 또한, 캐소드 슬러리를 캐소드 슬러리 전지 컴파트먼트로 전달하기 위해 매니폴드의 일부로서 사용되는 개구(1405)를 포함한다. 영역(1402)은 또한, 냉각제를 바이폴라 전극으로 전달하기 위해 매니폴드의 일부로서 사용되는 개구(1406)를 옵션으로 포함한다. 영역(1403)은 캐소드 슬러리 전지 컴파트먼트로부터 캐소드 슬러리를 제거하기 위해 매니폴드의 일부로서 사용되는 개구(1407)를 포함한다. 영역(1403)은 애노드 슬러리 전지 컴파트먼트로부터 방전된 애노드 슬러리를 제거하기 위해 매니폴드의 일부로서 사용되는 개구(1409)를 포함한다. 영역(1403)은 또한, 바이폴라 전극으로부터 냉각제를 제거하기 위해 매니폴드의 일부로서 사용되는 개구(1408)를 옵션으로 포함한다. 옵션으로, 바이폴라 전극의 2개의 전극들 사이에 배치된 채널(미도시)이 냉각제를 홀딩하기 위해 사용되고 개구들(1406 및 1408)과 연결된다. 전극들 사이의 막들 및 전지 컴파트먼트들을 포함하는 판들은 도 14에 설명한 바와 유사한 개구들을 또한 포함한다. 1410과 같은 바이폴라 판들 및 설명한 바와 같은 단부 전극판들은 함께 정렬되고, 사이에서 전지 컴파트먼트들 및 막들과 스택되고, 도 15에 예시된 바와 같이 반-고체 흐름 다중-전지 스택(1501)을 형성하고, 상이한 판들의 모든 대응하는 개구들은 적절하게 정렬된다. 매니폴드(1502)는 판들을 함께 스택하고 그에 따라 각 판상에 유사한 개구들을 정렬함으로써 형성된다. 매니폴드(1502)는 애노드 슬러리를 애노드 슬러리 전지 컴파트먼트로 도입하기 위해 사용된다. 유사하게는, 매니폴드(1503)가 캐소드 슬러리를 캐소드 슬러리 전지 컴파트먼트로 도입하기 위해 형성된다. 매니폴드들(1505 및 1504)은 또한, 전지 컴파트먼트들로부터 애노드 슬러리들 및 캐소드 슬러리를 각각 제거하기 위해 형성된다. 옵션으로, 디바이스로부터 냉각제를 각각 도입하고 제거하기 위해 사용되는 1506 및 1507과 같은 채널들 또는 매니폴드들이 또한 형성된다. 개구들(1405, 1406, 1407, 1408, 1409, 및 1410)의 내부는 비도전성 물질들로 코팅될 수 있다. 따라서, 애노드 슬러리, 캐소드 슬러리, 및 옵션으로는 냉각제용으로 형성된 매니폴드들은 모두 비도전성 내부를 가져서, 애노드 슬러리, 캐소드 슬러리, 및 냉각제를 통해 흐르는 원치않은 기생 분류 전류들을 최소화한다. 당업계에 알려진 임의의 비도전성 코팅이 사용될 수 있다. 비도전성 코팅들의 비제한적인 예들은, 에폭시들, 폴리아미드-이미드들, 폴리에테르 이미드들, 폴리페놀들, 플루로-엘라스토머들, 폴리에스테르들, 페녹시-페놀수지류, 에폭시드페놀수지류, 아크릴 및 우레탄과 같은 비도전성 폴리머들을 포함한다.
도 5를 참조하면, 에너지 및 전원으로서 산화환원 흐름 전지들을 사용하는 전력 시스템의 특징은, 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리가 충전의 하이 상태(high state)에서 에너지 스택으로 도입될 수 있다는 것, 즉, 시스템의 전기활성 컴포넌트들이 완전하게 충전된다는 것이다. 동작 동안, 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리 흐름은 예를 들어, 연료 저장 용기들(510 및 520) 각각으로부터 에너지 스택(500)으로, 그리고 개별 전지들로 펌핑되고 집전체들을 지나 흐른다. 산화환원-활성 이온들 또는 이온 착물들은 이들이 산화환원 활동을 통상적으로 자체적으로 경험하지 않는 도전성 전극 또는 집전체에 매우 근접하거나 그와 접촉할 때 산화 또는 환원을 경험한다. 이들 반응들 동안, 산화환원-활성 물질들은 방전하고, 예를 들어, 충전의 상태가 축소한다. 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리가 에너지 스택을 빠져나올 때, 충전의 상태는 감소되고, 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리는 '사용'된다. 그 후, 사용된 서스펜션들은 사용한 연료 저장 용기들(530 및 540) 각각에서 수집된다. 연료 전지들(510 및 520)이 비고, 사용한 연료 탱크(530 및 540)가 채워질 때, 이들은 교환될 수 있고, 연료의 새로 만든 컨테이너로 대체될 수 있으며 사용한 연료 컨테이너들을 비울 수 있다. 이러한 방식으로, 전력 시스템, 예를 들어, 전기 또는 하이브리드 전기 모터 자동차에 의해 전력공급된 디바이스에 연료가 보급된다.
몇몇 실시예들에서, 연료 컨테이너들은 도 6a에 도시된 바와 같이, 새로 만든 연료의 전달 및 사용한 연료의 수용, 둘 모두를 위해 구성된다. 도 6a는 애노드 슬러리 또는 캐소드 슬러리를 에너지 스택으로 전달하고, 사용한 연료를 수용하기 위해 사용될 수 있는 탱크(600)의 사시도이다. 탱크(600)는 상위 챔버(610) 및 하위 챔버(620)를 포함한다. 상위 챔버는 도관(615)을 통해 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리의 흡입구 매니폴드와 유체 연통한다. 연료가 에너지 스택에서 소모되면, 스택을 빠져나오고, 도관(625)을 통해 하위 챔버(620)로 복귀한다. 탱크(600)는 2개의 내부 챔버의 크기를 증가 또는 감소시켜서 2개의 챔버에서의 액체의 일정하게 변화하는 상대적 체적을 조절하기 위해 탱크 내부에서 상하로 이동할 수 있는 이동가능한 내부벽 또는 막(628)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 막은 사용의 온도 범위에 걸쳐 플렉시블하고, 사용중에 직면하는 힘들 및 압력들을 견디도록 충분하게 강하고, 캐소드 및 애노드 슬러리들과 화학적으로 안정하게 접촉하며, 전해질에 대해 비투과성 또는 투과성이 되도록 선택된다.
또 다른 실시예에서, 단일 탱크(700)가 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리 둘 모두의 유출 및 흡수를 위해 사용된다. 도 6b에서, 탱크(700)는 새로 만든 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리 각각을 하우징하는 상위 챔버들(710 및 720)을 포함한다. 탱크는 또한, 사용한 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리 각각을 수용하는 하위 챔버들(750 및 760)을 포함한다. 도 6a에 설명된 단일 연료 캐니스터(canister)들에서와 같이, 탱크는 새로 만든 및 사용한 연료들의 체적에서의 상대적 변화에 응답하여 이동하는 이동가능한 막 또는 벽(730, 740)을 포함할 수 있다. 2개의 막은 함께 또는 독립적으로 이동할 수 있다. 사용중에, 새로 만든 애노드 슬러리는 도관(765)으로부터 에너지 스택으로 공급되고, 유사하게는, 새로 만든 캐소드 슬러리는 도관(775)으로부터 에너지 스택으로 공급된다. 사용 이후에, 사용한 애노드 슬러리 및 캐소드 슬러리는 도관들(785 및 795) 각각을 통해 탱크(700)로 복귀한다. 벽(715)은 캐소드 슬러리로부터 애노드 슬러리를 분리하고, 정지형 또는 이동형일 수도 있다.
사용된 특정한 타입의 탱크는 전력 시스템의 의도한 사용에 의존할 수도 있다. 엔진에서 알맞은 저장 공간을 갖는 시스템들에 대해, 도 5에 설명한 4개의 탱크 시스템이 사용될 수 있고, 연료를 보급하기 이전에 더 긴 거리를 허용하는 연료의 큰 체적을 제공하는데 가장 적합할 수도 있다. 한편, 도 6b에 설명한 하나의 탱크, 4개의 컴파트먼트 탱크는 컴팩트하고, 공간을 덜 차지한다. 이것은 단일 단계에서 쉽게 교환될 수 있다. 추가의 엘리먼트들 및 이동 부품들을 갖는 탱크는 제조하고 사용하는데 더욱 고가이다.
산화환원 조성물의 다른 특징은 다양한 '등급'의 "연료" 또는 슬러리의 이용가능성이다. 예를 들어, 연료의 프리미엄 등급은 "연료"의 동일한 체적에서, 더 높은 전력, 또는 더 긴 동작 시간 및 따라서 구동 범위, 또는 둘 모두를 제공하는 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리 또는 둘 모두를 포함할 수도 있다. "레귤러" 및 "프리미엄" 가솔린 사이의 전력의 차이들이 종종 검출불가능하거나 소비자에게 매우 미묘하게 다른 내연 엔진 전력공급 자동차와 비교하여, 적절하게 제작된 슬러리들에 의해 제공된 범위 및 전력에서의 차이들은 매우 극적일 수 있고, 전력은 동일한 크기 "가스 탱크"에 대해, 구동 범위일 수도 있기 때문에, 다른 슬러리 보다 하나의 슬러리에 대해 10% 또는 20% 또는 50% 또는 심지어 100% 클 수도 있다.
따라서, 본 발명의 하나의 사용 모델은, 동일한 체적 또는 크기의 "연료 탱크" 또는 스택들을 포함하는 전체 시스템 크기내에서, 광범위하게 변화하는 성능 능력을 제공하는 것이다. 도 7은 동일한 크기의 탱크들에서 변화하는 연료 등급을 예시한다. 연료는 낮은 연료 마일리지 범위(7a)를 갖는 낮은 등급 연료로부터 중간 마일리지 범위(7b)를 갖는 중간 "플러스" 등급 연료까지의 범위일 수 있고, 심지어, 최상의 마일리지 범위(7c)를 제공하는 더 높은 등급 연료의 "프리미엄" 등급을 포함할 수 있다. 연료의 등급들은 캐소드 및 애노드 슬러리들에서 다수의 변수들을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 슬러리에서 전극 입자들의 수 및 밀도는 슬러리의 단위 체적 당 충전 용량을 조절하기 위해 조절될 수 있고, 더 높은 입자 밀도가 더 큰 충전 용량 및 더 긴 구동 범위를 갖는다. 이것은 증가하는 연료 등급과 함께 입자들의 증가된 밀도를 갖는 동일한 크기의 연료 탱크들을 예시하는 도 7a 내지 도 7c에 예시된다. 예로서, 리튬 이온 인산염 또는 리튬 코발트 산화계 연료 시스템은 약 20 체적% 내지 약 70 체적% 범위의 슬러리에서의 활성 물질의 총 제척 퍼센티지를 제공하는 입자 밀도들에서 준비될 수 있다. 추가의 입자 밀도가 통상적으로 펌핑 레이트 또는 펌핑의 간헐성과 같은 펌핑 절차에서의 변화를 필요로 할 수도 있는 슬러리들의 점성 또는 유성(rheology)의 변화에 의해 달성된다. 또 다른 실시예에서, 연료의 레귤러, 플러스 및 프리미엄 범위들의 범위는 상이한 충전 용량들을 갖는 상이한 전기활성 물질들을 사용함으로써 획득될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 연료의 전력은 변경되고 소비자는 레귤러, 플러스 전력 및 프리미엄 전력 배터리들 사이에서 선택할 수도 있다. 도 8에서, 전력에 기초하는 연료 등급들이 예시된다. 전력 시스템은 상이한 전력, 예를 들어, 단위 시간 당 더 크거나 더 작은 에너지량을 갖는 애노드 및 캐소드 슬러리들을 사용하여 동작할 수 있다. 애노드 및 캐소드 슬러리들의 전력은 슬러리에서의 전기활성 입자들의 입자 크기를 변경함으로써 변화될 수 있다. 더 작은 입자 크기가 더 큰 표면적을 갖고, 따라서, 리튬의 고체-상태 운송이 발생하는 더 작은 치수 뿐만 아니라 단위 중량 당 이용가능한 작업 면적의 더 큰 양을 가져서, 더 높은 방전 전력을 제공한다. 따라서, 예로서, 리튬 철 인산염계 캐소드는 30nm, 50nm, 및 100nm의 평균 미소결정 크기들에서 제작될 수도 있고, 대응하는 그라파이트계 애노드 슬러리들은 1 마이크로미터, 5 마이크로미터, 및 20 마이크로미터의 입자 크기들을 함유할 수도 있다. 미소결정 크기는 입자들이 개별 미소결정들의 응집체 또는 집합체로 구성될 수도 있기 때문에 반드시 동일한 입자 크기는 아니다. 다른 실시예들에서, 슬러리들의 전기활성 물질들은 상이한 연료 시스템들에서 상이한 전력 능력들을 제공하기 위해 변화될 수도 있다.
다른 사용 모델은 소비자에게 다양한 탱크 크기들을 제공하는 것이다. 연료 탱크의 크기가 제조시에 결정되는 종래의 자동차와는 다르게, 본 발명에서는, 연료를 보급하기 위해 슬러리 탱크들을 쉽게 교환하는 능력은, 상이한 필요성에 대해 상이한 크기의 탱크들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 소비자는 더 큰 연료 탱크를 구매할 수도 있고, 장기간 여행을 할 때 차에서 일부 저장 공간을 포기할 수도 있다.
연료 탱크들을 편리하게 교환하는 능력은 도 9a 및 도 9b에 예시된 바와 같이, 재충전하는 여러 옵션들을 제공한다. 사용한 캐소드 및 애노드 슬러리들은 통상적으로, 표준 2차 배터리에 대해 발생된 전기활성 물질들을 함유하고, 표준 2차 배터리 포맷들에서 이들 물질들에 대해 발생된 것들과 유사한 조건하에서 재충전될 수도 있다. 따라서, 소비자는 전력 시스템을 다른 전원, 예를 들어, 벽 콘센트에 플러그하고, 전력 시스템에서 재충전 사이클을 개시함으로써 연료들이 전력 시스템으로 연결되는 동안 사용한 애노드 및 캐소드 슬러리들을 재충전할 수도 있다. 2개의 슬러리들은 충전하는 동안 역방향으로 펌핑되고, 아마 원래의 탱크들에 저장된다. 펌프들 및/또는 밸브들이 양 방향에서 작동하는 한은 추가될 필요가 있는 다른 컴포넌트들은 없다. 다른 실시예들에서, 일-방향 밸브들을 사용할 필요가 있다면, 충전 동안 스택을 통해 슬러리들을 다시 도입하기 위한 개별 슬러리 흐름 회로를 가질 수 있다.
다른 실시예들에서, 예를 들어, 여행중이거나 시간이 촉박할 때, 사용자는 충전소에서 연료 탱크들을 교환할 수 있다. 사용자는 사용한 연료들을 충전소에서 복귀시키고 새로 만든 슬러리들을 받을 수 있다. 충전소는 (프로판 탱크들을 리필하기 위해 사용된 모델과 같이) 연료 탱크들을 대체할 수 있거나 기존의 탱크들을 단순히 비우고 리필할 수 있다. 연료 탱크들을 교환하는 능력은 상술한 바와 같이, 사용자에게 이용가능한 연료 용량 및 연료의 타입에서 플렉시빌리티를 제공할 것이다. 사용자는 리필 마다 등급, 전력 또는 탱크 용량을 변화시킬 수 있다.
종래의 배터리들에서, 캐소드/애노드 비율은 제조시에 고정되고, 높은 전력에서 전극들 중 하나가 느린 반응을 가져서, 더 많은 전극이 바람직한 경우와 같이 배터리의 동작 조건이 요구하는 경우에 변경될 수 없다. 여기에 설명한 바와 같은 전력 시스템에서, 전력 시스템의 특성들은 필요에 따라 변화되거나 변경될 수 있다.
하나 이상의 실시예들에서, 캐소드 및 애노드 슬러리들의 유량들은 상이할 수 있다. 예를 들어, 그라파이트 애노드 서스펜션과 함께 사용된 리튬 인산염계 캐소드 서스펜션은 충전 레이트가 너무 빠르면 애노드에서 Li 도금을 발생시킬 수도 있기 때문에 애노드의 리튬 흡수 능력에 의해 레이트-제한될 수도 있다. 그러나, 이러한 높은 전력 충전 조건하에서 캐소드 슬러리 보다 높은 레이트에서 애노드 슬러리를 흐르게 함으로써, 도금은 회피될 수 있다. 또한, 전지의 전압은 애노드 슬러리가 더 높은 충전 상태에서 스택을 빠져나올 것이기 때문에, 더 높게 유지될 것이다.
다른 실시예에서, 캐소드 및 애노드 슬러리들의 유량, 또는 인-시츄에서 캐소드/애노드 비율은 사용 동안 발생되는 전극 슬러리들의 임의의 저하를 수용하기 위해 변화될 수 있다. 슬러리를 단순히 대체하거나 폐기하는 것 보다는, 전지의 성능을 개선하기 위해 상이한 유량에서 사용될 수도 있고, 예를 들어, 새로운 슬러리들 보다 낮더라도, 사양내에서 성능을 유지한다. 즉, 전지의 동작 수명은 하나 또는 둘 모두의 슬러리들의 유량을 증가시키거나, 캐소드/애노드 비율을 상하로 변화시킴으로써 개선 및 연장될 수 있다.
산화환원 조성물에서 바람직한 다른 동작 모드는, 전력이 필요할 때 개선될 수 있다는 것이다. 하나 이상의 실시예들에서, 전지 전압은 두 가지 슬러리들 모두의 유량을 증가시킴으로써 비교적 높은 수준에서 유지되어서, 각각은 더 높은 전력 요구의 기간 동안 높은 충전 상태에서 동작한다. 슬러리들에서 이용가능한 에너지는 이러한 동작 기간 동안 완전하게 활용되지 못할 수도 있지만, 전력은 개선될 수 있다. 물론, 이것은 더 높은 레이트에서 슬러리를 유지할 뿐만 아니라 단지 하나의 전극 슬러리의 유량을 증가시킴으로써 달성될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 스택은 전력 시스템의 상태에 관한 정보를 갖는 전력 관리 시스템 또는 전력 시스템을 제공하는 모니터링 디바이스들을 포함한다. 이러한 정보는 전력 시스템의 최적의 동작 상태를 선택하기 위해, 실시간으로 또는 사용 이전에 사용될 수도 있다. 예로서, 캐소드 및 애노드 슬러리들의 온도, 유량, 및 상대적 양이 제어될 수 있다.
다른 사용 모델은, 연료 슬러리의 수명 중에 서비스 제공자 또는 제조자에게서 연료 슬러리들을 1회 이상 평가하고, 보충하거나 재조절하는 것이다. 종래의 배터리에서, 전극들은 배터리의 수명 동안에는 재조절될 수 없다. 산화환원 전력 시스템에서, 각 슬러리는 배터리 수명을 복원하거나 연장하기 위해 재조절될 수 있다. 전력 시스템이 서비스 스테이션에 먼저 들어갈 때, 연료는 충전 또는 서비스를 위해 복귀될 때 그것의 상태를 평가하기 위해 서비스 제공자에게서 먼저 테스트될 수도 있다. 다음으로, 여러 방식으로 재조절될 수 있다. 예를 들어, 잔류 수분은 서스펜션으로부터 격리될 수도 있다. 이온 도전성을 개선하기 위한 추가의 염이 첨가될 수도 있다. 용제 또는 전해질 첨가제가 첨가될 수도 있다. 도전성 첨가제들, 또는 이온 저장을 사용된 활성 물질들을 포함하는 추가의 고체상들이 첨가될 수도 있다. 고체상들은 예를 들어, 고체상들이 덜 양호하게 서스펜드되게 하기 위해 여과 원심분리법, 또는 응고 보조제의 첨가에 의해 액체 전해질로부터 분리될 수도 있다. 고체들 또는 고체-강화 서스펜션 및 분리된 액체 전해질은 개별적으로 취급될 수도 있거나 심지어 대체될 수도 있다.
물론, 보충하거나 재조절하는 단계들의 임의의 조합이 또한 수행될 수도 있다. 그렇게 하는 것은 특정한 실패 컴포넌트들을 선택적으로 대체하거나 재조절함으로써 유효 수명 이상 시스템의 비용을 감소시킬 수 있고, 새로운 첨가제들 또는 컴포넌트들이 발견될 때 수명 또는 성능을 개선시킬 수 있거나, 물질들의 재활용을 도울 수 있다.
다른 사용 모델은, 연료 탱크들 또는 다른 컴포넌트들로부터 개별적으로 흐름 배터리의 전력 "스택"을 대체하는 것이다. 종래의 배터리와는 다르게, 특정한 컴포넌트들이 열화하거나, 업그레이드가 요구될 때, 특정한 컴포넌트들만을 대체하는 능력은, 사용자 및 서비스 제공자 또는 제조자 둘 모두에게 경제적 이점들을 제공한다. 따라서, 하나 이상의 실시예들에서, 에너지 스택은 전력 시스템으로부터 제거될 수도 있고 대체되거나 수리된다.
다른 양태에서, 전력 시스템은 하나의 집적 디바이스에서 동시에 종래의 재충전가능한 배터리 및 흐름 전지인 전원 및 전기 에너지 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 이것은 니켈 금속 수소화물 타입들과 같은 수계 배터리, 및 리튬 재충전가능한 배터리들, 나트륨 재충전가능한 배터리들, 또는 다른 알칼리 또는 알칼리 토류 e는 비-알칼리 작용 이온들에 기초하는 배터리들을 포함하는 비수계 배터리들을 포함하는 다양한 배터리 화학반응에 적용가능하다. 리튬 이온 화학반응에 기초하는 일 실시예를 고려하면, 이러한 전지의 기본 구성은 종래의 재충전가능한 리튬 배터리에서와 같이, 리튬 배터리 양극 또는 음극, 또는 둘 모두의 일측상에서 세퍼레이터를 갖는다. 즉, 전극들은 캐소드 또는 애노드 활성 물질을 포함하고, 금속 집전체상에 활성 물질의 코팅을 포함할 수도 있거나, 옵션으로 폴리머 바인더들 또는 탄소질 도전성 첨가제들 또는 금속 첨가제들 또는 바인더들과 같은 다른 성분과 함께 활성 물질을 포함하는 치밀화되거나 소결된 층들과 같은 독립형 전극층일 수도 있다. 이들 이온 저장 전극들을 정지 전극들이라 칭할 것이다. 그러나, 종래의 리튬 배터리 전극과는 다르게, 정지 전극들 중 하나 또는 둘 모두는 흐름 전지 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리에 대해 투과성이어서, 디바이스의 동작 동안, 정지 전극상의 활성 물질만, 흐름 전지 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리만, 또는 둘 모두를 충전하거나 방전하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예는 이전의 파일링에서 설명된 바와 같이, 반-고체 유체, 또는 서스펜션, 또는 슬러리인 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리를 사용한다.
일 실시예에서, 정지 전극들 중 하나 또는 둘 모두는 세퍼레이터상에 코팅되는 것을 포함하여, 세퍼레이터 층에 바로 인접한다. 종래의 배터리에서와 같이, 이것은 정지 전극에 저장된 작용 이온들을 사용하여 배터리의 비교적 신속한 충전 및 방전을 허용한다. 또한, 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리에 저장된 이온들은 또한 디바이스에 이용가능하고, 이것이 정지 전극과는 상이한 반응 속도에서 발생할 수도 있더라도 충전 및 방전될 수 있다. 이러한 설계는, 단일 디바이스가 비교적 단기간 동안 높은 전력 충전 또는 방전을 제공하게 하면서, 설계의 흐름 전지 양태들에 의해 제공된 높은 에너지를 또한 갖는다. 따라서, 정지 전극들은 세퍼레이터와 흐름 전지 반응물 사이에 위치되고, 옵션으로, 흐름 전지 반응물들 중 하나 이상에 대해 집전체들로서 기능할 수도 있다. 이러한 설계의 다른 이점은, 정지 전극들이 세퍼레이터 층에 대한 기계적 지지를 제공할 수 있거나 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리가 반-고체 유체 또는 서스펜션 또는 슬러리의 형태일 때 세퍼레이터의 마모 또는 마손을 감소시킬 수 있다는 것이다.
다른 실시예에서, 흐름 전지 반응물들 중 하나 이상은 세퍼레이터 층과 정지 전극들 사이에서 흐른다.
어느 경우에서나, 정지 전극들이 충전 또는 방전되기 때문에, 흐름 전지 캐소드 슬러리 또는 애노드 슬러리는 정지 전극들에 작용 이온들을 첨가할 수 있거나 정지 전극들로부터 작용 이온을 제거할 수 있다. 예를 들어, 높은 전력 방전 펄스 이후에, 작용 이온들로 정지 음극은 상대적으로 고갈되고, 정지 양극은 상대적으로 포화된다. 흐름 전지 캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리는 전체 전지를 충전 상태로 되돌리기 위해 정지 전극들과 이온들을 교환할 수 있고, 이로부터, 다른 높은 전력 방전 펄스를 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 설계는 전기 자동차들에 대해 요구되는 높은 펄스 전력 능력을 제공할 수 있으면, 흐름 전지의 높은 저장 에너지 특징들을 제공한다.
본 발명의 설명 및 실시예들의 검토시에, 당업자는 변경물들 및 등가의 대체물들이 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않고 본 발명을 실행하는데 있어서 수행될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 상기 명백하게 설명된 실시예들에 의해 제한되는 것으로 의미되지 않으며, 아래의 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (134)

  1. 휴대용 디바이스 내에 하우징된 전력 시스템을 포함하는 휴대용 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    상기 방법이, 복수의 흐름 전지, 적어도 하나의 분배 용기 및 적어도 하나의 수용 용기를 제공하는 단계로서,
    상기 복수의 흐름 전지에서, 각 흐름 전지는,
    양극 집전체,
    음극 집전체,
    상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체를 분리하는 이온투과성 막을 포함하고,
    상기 양극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 양의 전기활성 물질을 수용하는 양의 전기활성 구역을 마련하고,
    상기 음극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 음의 전기활성 물질을 수용하는 음의 전기활성 구역을 마련하고, 상기 양의 전기활성 물질 및 상기 음의 전기활성 물질 중 적어도 하나는 유동성 산화환원 조성물을 상기 전기활성 구역에서 포함하고;
    상기 적어도 하나의 분배 용기는 유동성 산화환원 조성물을 상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기활성 구역 중 하나로 분배하고, 상기 분배 용기는 상기 복수의 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 분배 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 상기 흐름 전지로부터 분리될 수 있으며;
    상기 적어도 하나의 수용 용기는 상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기활성 구역 중 하나로부터 유동성 산화환원 조성물을 수용하고, 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 단계;
    상기 흐름 전지로 하여금 상기 디바이스를 동작시키기 위한 전기 에너지를 제공하도록 방전하게 하기 위해 상기 분배 용기로부터 상기 전기활성 구역들 중 적어도 하나로 상기 유동성 산화환원 조성물을 도입하는 단계; 및
    상기 방전된 산화환원 조성물을 상기 수용 용기에서 수용하는 단계를 포함하는, 휴대용 디바이스를 동작시키는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 상기 전력 시스템에 연료를 보급하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수용 용기를 새로운 빈 수용 용기로 대체하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 휴대용 디바이스는 비히클인, 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 휴대용 디바이스는 휴대용 발전기인, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 비히클은 지상, 공중 또는 수중 비히클인, 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화환원 조성물은 상기 전지의 동작 동안 이온들을 흡수하고 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는, 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 산화환원 조성물을 함유하는 상기 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 상기 전력 시스템에 연료를 보급하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물은 상기 산화환원 조성물과는 적어도 하나의 상이한 특징을 갖는, 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 전력 밀도들을 갖는, 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 에너지 밀도들을 갖는, 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 반-고체 입자 크기들을 갖는, 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 전기활성 물질 농도들을 갖는, 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물은 상기 산화환원 조성물 보다 작은 반-고체 입자 크기 및 더 높은 전력 밀도를 갖는, 방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물은 상기 산화환원 조성물 보다 높은 전기활성 물질 농도 및 더 높은 에너지 밀도를 갖는, 방법.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 단일체를 형성하는, 방법.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 흐름 전지는 흐름 전지들의 스택을 형성하고, 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지 스택과 가역적으로 연결되는, 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 흐름 전지들은 병렬로 연결되는, 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 흐름 전지들은 직렬로 연결되는, 방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 분배 용기 및 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자와 상기 흐름 전지 스택 사이에 배치된 펌프를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  21. 청구항 17에 있어서,
    상기 펌프는 양 방향으로의 흐름에 대해 동작가능한 가역 흐름 펌프인, 방법.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 분배 용기 또는 상기 수용 용기는 플렉시블 블래더(bladder)를 포함하는, 방법.
  23. 청구항 17에 있어서,
    각각의 흐름 전지로의 산화환원 조성물의 흐름을 제어하고 인접 흐름 전지들 사이의 분류 전류를 최소화하기 위해 각 연료 전지의 입구에 위치된 밸브들을 추가로 포함하는, 방법.
  24. 청구항 17에 있어서,
    각 흐름 전지의 각 전기활성 구역에 전달된 산화환원 조성물의 양을 제어하도록 구성되고 배열된 멀티포트 인젝션 시스템을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 멀티포트 인젝션 시스템은 복수의 컴파트먼트를 포함하고, 각 컴파트먼트는 산화환원 조성물을 각 컴파트먼트로 도입하는 인젝터들 및 상기 흐름 전지 스택에서의 상기 흐름 전지들의 서브세트와 유체 연통하는, 방법.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 복수의 컴파트먼트에서의 압력은 상기 전기활성 구역 압력에서의 압력 보다 큰, 방법.
  27. 청구항 17에 있어서,
    상기 흐름 전지 스택에서 냉각제를 순환시키는 순환 시스템을 추가로 포함하는, 방법.
  28. 청구항 1에 있어서,
    상기 분배 용기 또는 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자에서의 상기 산화환원 조성물의 체적 또는 내용물을 모니터링하기 위해 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자에 연결된 모니터링 미터를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  29. 청구항 1에 있어서,
    상기 분배 용기를 새로 만든 산화환원 조성물로 다시 채우는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 분배 용기를 다시 채우는 단계는 새로운 산화환원 조성물을 상기 분배 용기로 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전된 산화환원 조성물을 상기 수용 용기로부터 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 방전된 산화환원 조성물을 상기 수용 용기로부터 제거하는 단계는, 상기 방전된 산화환원 조성물의 수용 용기를 비우는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 청구항 1에 있어서,
    상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 단일체를 형성하고, 상기 단일체는 수용 컴파트먼트와 분배 컴파트먼트 사이에서 이동가능한 막을 갖고, 상기 방법은 새로운 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 함유하는 전력 저장 용기 및 빈 사용한 산화환원 조성물 저장 용기를 포함하는 새로운 단일체로 상기 단일체를 대체하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  34. 청구항 1에 있어서,
    상기 분배 용기 또는 상기 수용 용기에서의 상기 유동성 산화환원 조성물들의 수준을 모니터링하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  35. 청구항 1에 있어서,
    사용한 산화환원 조성물이 상기 수용 용기로부터 상기 전기활성 구역으로 흐르도록 상기 산화환원 조성물의 흐름의 방향을 역류역류시키는 단계; 및
    상기 방전된 산화환원 조성물을 재충전하기 위해 역방향 전압을 상기 전력 시스템에 인가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 재충전된 산화환원 조성물을 저장을 위해 상기 전기활성 구역으로부터 상기 분배 용기로 전진시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  37. 청구항 35에 있어서,
    상기 사용한 산화환원 조성물의 흐름은 가역 펌프에 의해 제어되는, 방법.
  38. 청구항 7에 있어서,
    상기 방전된 유동성 반-고체 이온 저장 산화환원 조성물의 입자 크기는 사전선택된 전력 밀도를 제공하도록 선택되는, 방법.
  39. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전된 유동성 반-고체 이온 저장 산화환원 조성물의 중량 % 단위의 부하는, 상기 산화환원 조성물의 사전선택된 에너지 용량을 제공하도록 선택되는, 방법.
  40. 청구항 1에 있어서,
    방전 동안 또는 이후에 상기 산화환원 조성물의 상태를 모니터링하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  41. 청구항 18에 있어서,
    모니터링된 상태는, 상기 캐소드 또는 애노드 산화환원 조성물들의 온도, 유량, 또는 상대적 양을 포함하는, 방법.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 모니터링의 결과에 기초하여 상기 산화환원 조성물의 특성을 변경하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  43. 청구항 1에 있어서,
    상기 흐름 전지의 전력을 증가시키기 위해 상기 전기활성 구역에 따라 상기 산화환원 조성물의 유량을 증가시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  44. 청구항 7에 있어서,
    상기 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 재조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 재조절하는 단계는,
    상기 산화환원 조성물로부터 잔류 수분을 격리하는 단계;
    이온 도전성을 개선하기 위해 추가 염을 첨가하는 단계;
    용제들 또는 전해질 첨가제들을 첨가하는 단계;
    이온 저장을 위해 사용된 활성 물질들, 또는 도전성 첨가제들을 포함하는 추가의 고체상들을 첨가하는 단계;
    액체 전해질로부터 고체상들을 분리하는 단계;
    응고 보조제를 첨가하는 단계;
    상기 액체 전해질을 대체하는 단계; 또는
    이들의 임의의 조합을 포함하는, 방법.
  46. 청구항 7에 있어서,
    상기 흐름 전지들 중 적어도 하나는,
    상기 전지의 동작 동안 상기 이온들을 흡수하고 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는 전극; 및
    정지 전극을 포함하는, 방법.
  47. 정지 디바이스 내에 하우징된 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    상기 방법이, 복수의 흐름 전지, 적어도 하나의 분배 용기 및 적어도 하나의 수용 용기를 제공하는 단계로서,
    복수의 흐름 전지로서, 각 흐름 전지는,
    양극 집전체,
    음극 집전체,
    상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체를 분리하는 이온투과성 막을 포함하고,
    상기 양극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 양의 전기활성 물질을 수용하는 양의 전기활성 구역을 마련하고,
    상기 음극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 음의 전기활성 물질을 수용하는 음의 전기활성 구역을 마련하고, 상기 양의 전기활성 물질 및 상기 음의 전기활성 물질 중 적어도 하나는 유동성 산화환원 조성물을 상기 전기활성 구역에서 포함하고;
    상기 적어도 하나의 분배 용기는 유동성 산화환원 조성물을 상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기활성 구역 중 하나로 분배하고, 상기 분배 용기는 상기 복수의 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 상기 흐름 전지로부터 분리될 수 있으며;
    상기 적어도 하나의 수용 용기는 상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기활성 구역 중 하나로부터 유동성 산화환원 조성물을 수용하고, 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 상기 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 단계;
    상기 흐름 전지로 하여금 상기 디바이스를 동작시키기 위한 전기 에너지를 제공하도록 방전하게 하기 위해 상기 분배 용기로부터 상기 전기활성 구역들 중 적어도 하나로 상기 유동성 산화환원 조성물을 도입하는 단계; 및
    상기 방전된 산화환원 조성물을 상기 수용 용기에서 수용하는 단계를 포함하는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  48. 청구항 47에 있어서,
    상기 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 상기 전력 시스템에 연료를 보급하는 단계를 추가로 포함하는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법
  49. 청구항 47에 있어서,
    상기 수용 용기를 새로운 빈 수용 용기로 대체하는 단계를 추가로 포함하는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  50. 청구항 47에 있어서,
    상기 정지 디바이스는 정지 발전기인, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  51. 청구항 47에 있어서,
    상기 산화환원 조성물은 상기 전지의 동작 동안 이온들을 흡수하고 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  52. 청구항 51에 있어서,
    상기 산화환원 조성물을 함유하는 상기 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 상기 전력 시스템에 연료를 보급하는 단계를 추가로 포함하는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  53. 청구항 52에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물은 상기 산화환원 조성물과는 적어도 하나의 상이한 특징을 갖는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  54. 청구항 53에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 전력 밀도들을 갖는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  55. 청구항 53에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 에너지 밀도들을 갖는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  56. 청구항 53에 있어서,
    상기 복수의 흐름 전지는 흐름 전지들의 스택을 형성하고, 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지 스택과 가역적으로 연결되는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  57. 청구항 47에 있어서,
    상기 분배 용기 또는 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자에서의 산화환원 조성물의 체적 또는 내용물을 모니터링하기 위해 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자에 연결된 모니터링 미터를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  58. 청구항 47에 있어서,
    상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 단일체를 형성하고, 상기 단일체는 수용 컴파트먼트와 분배 컴파트먼트 사이에서 이동가능한 막을 갖고, 상기 방법은 새로운 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 함유하는 전력 저장 용기 및 빈 사용한 산화환원 조성물 저장 용기를 포함하는 새로운 단일체로 상기 단일체를 대체하는 단계를 추가로 포함하는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  59. 청구항 47에 있어서,
    사용한 산화환원 조성물이 상기 수용 용기로부터 상기 전기활성 구역으로 흐르도록 상기 산화환원 조성물의 흐름의 방향을 역류시키는 단계; 및
    상기 방전된 산화환원 조성물을 재충전하기 위해 역방향 전압을 상기 전력 시스템에 인가하는 단계를 추가로 포함하는, 전력 시스템을 포함하는 정지 디바이스를 동작시키는 방법.
  60. 비히클 내에 하우징된 전력 시스템을 포함하는 비히클로서,
    상기 전력 시스템은,
    복수의 흐름 전지로서, 각 흐름 전지는,
    양극 집전체,
    음극 집전체,
    상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체를 분리하는 이온투과성 막을 포함하고,
    상기 양극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 양의 전기활성 물질을 수용하는 양의 전기활성 구역을 마련하고,
    상기 음극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 음의 전기활성 물질을 수용하는 음의 전기활성 구역을 마련하고, 상기 양의 전기활성 물질 및 상기 음의 전기활성 물질 중 적어도 하나는 유동성 산화환원 조성물을 상기 전기활성 구역에서 포함하는, 상기 복수의 흐름 전지;
    유동성 산화환원 조성물을 상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기활성 구역 중 하나로 분배하는 적어도 하나의 분배 용기로서, 상기 분배 용기는 상기 복수의 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 상기 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 상기 적어도 하나의 분배 용기; 및
    상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기활성 구역 중 하나로부터 유동성 산화환원 조성물을 수용하는 적어도 하나의 수용 용기로서, 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 상기 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 상기 적어도 하나의 수용 용기를 포함하고,
    상기 분배 용기는 제거 및 대체를 위한 액세스를 제공하도록 위치되는, 비히클.
  61. 청구항 60에 있어서,
    상기 전력 시스템은 상기 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 상기 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 연료가 보급될 수 있는, 비히클.
  62. 청구항 60에 있어서,
    상기 수용 용기는 새로운 빈 수용 용기로 대체될 수 있는, 비히클.
  63. 청구항 60에 있어서,
    상기 산화환원 조성물은 상기 전지의 동작 동안 이온들을 흡수하고 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는, 비히클.
  64. 청구항 63에 있어서,
    상기 전력 시스템은 상기 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 상기 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 연료가 보급될 수 있는, 비히클.
  65. 청구항 64에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물은 상기 산화환원 조성물과는 적어도 하나의 상이한 특징을 갖는, 비히클.
  66. 청구항 65에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 전력 밀도들을 갖는, 비히클.
  67. 청구항 65에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 에너지 밀도들을 갖는, 비히클.
  68. 청구항 65에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 반-고체 입자 크기들을 갖는, 비히클.
  69. 청구항 65에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 전기활성 물질 농도들을 갖는, 비히클.
  70. 청구항 60에 있어서,
    상기 분배 용기 및 수용 용기는 단일체를 형성하는, 비히클.
  71. 청구항 60에 있어서,
    상기 복수의 흐름 전지는 흐름 전지들의 스택을 형성하고, 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지 스택과 가역적으로 연결되는, 비히클.
  72. 청구항 71에 있어서,
    상기 전력 시스템은 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자와 상기 흐름 전지 스택 사이에 배치된 펌프를 추가로 포함하는, 비히클.
  73. 청구항 72에 있어서,
    상기 펌프는 양 방향으로의 흐름에 대해 동작가능한 가역 흐름 펌프인, 비히클.
  74. 청구항 60에 있어서,
    상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 플렉시블 블래더를 포함하는, 비히클.
  75. 청구항 71에 있어서,
    각각의 흐름 전지로의 산화환원 조성물의 흐름을 제어하고 인접 흐름 전지들 사이의 분류 전류를 최소화하기 위해 각 연료 전지의 입구에 위치된 밸브들을 추가로 포함하는, 비히클.
  76. 청구항 75에 있어서,
    각 흐름 전지의 각 전기활성 구역에 전달된 산화환원 조성물의 양을 제어하도록 구성되고 배열된 멀티포트 인젝션 시스템을 추가로 포함하는, 비히클.
  77. 청구항 60에 있어서,
    상기 분배 용기 또는 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자에서의 산화환원 조성물의 체적 또는 내용물을 모니터링하기 위해 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자에 연결된 모니터링 미터를 추가로 포함하는, 비히클.
  78. 청구항 60에 있어서,
    상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 단일체를 형성하고, 상기 단일체는 수용 컴파트먼트와 분배 컴파트먼트 사이에서 이동가능한 막을 갖고, 상기 방법은 새로 만든 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 함유하는 전력 저장 용기 및 빈 사용한 산화환원 조성물 저장 용기를 포함하는 새로운 단일체로 상기 단일체를 대체하는 단계를 추가로 포함하는, 비히클.
  79. 전력 시스템으로서,
    복수의 흐름 전지로서, 각 흐름 전지는,
    양극 집전체,
    음극 집전체,
    상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체를 분리하는 이온투과성 막을 포함하고,
    상기 양극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 상기 양극을 수용하는 양의 전기활성 구역을 마련하고,
    상기 음극 집전체 및 상기 이온투과성 막은 상기 음극을 수용하는 음의 전기활성 구역을 마련하고, 상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나는 상기 전지의 동작 동안 이온들을 흡수 및 방전할 수 있는 상기 전기활성 구역에서 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는, 상기 복수의 흐름 전지;
    상기 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기 활성 구역 중 하나로 분배하는 적어도 하나의 분배 저장 용기로서, 상기 분배 저장 용기는 상기 복수의 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 분배 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 상기 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 상기 적어도 하나의 분배 저장 용기; 및
    상기 양의 전기활성 구역 또는 상기 음의 전기 활성 구역 중 하나로부터 유동성 산화환원 조성물을 수용하는 적어도 하나의 수용 저장 용기로서, 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지와 연결되고 상기 전기활성 구역과 유체 연통하고, 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지에 연결될 수 있고 상기 흐름 전지로부터 분리될 수 있는, 상기 적어도 하나의 수용 저장 용기를 포함하는, 전력 시스템.
  80. 청구항 79에 있어서,
    상기 양극은 상기 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 포함하는 캐소드 슬러리를 포함하고, 상기 음극은 상기 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 포함하는 애노드 슬러리를 포함하는, 전력 시스템.
  81. 청구항 79에 있어서,
    상기 전력 저장 용기 및 상기 사용한 산화환원 조성물 저장 용기는 단일체를 형성하는, 전력 시스템.
  82. 청구항 79에 있어서,
    상기 복수의 흐름 전지는 흐름 전지들의 스택을 형성하고, 각 흐름 전지는 상기 전지의 동작 동안 이온들을 흡수하거나 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는 적어도 하나의 전극을 포함하며, 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지 스택과 가역적으로 연결되는, 전력 시스템.
  83. 청구항 82에 있어서,
    상기 흐름 전지들은 병렬로 연결되는, 전력 시스템.
  84. 청구항 82에 있어서,
    상기 흐름 전지들은 직렬로 연결되는, 전력 시스템.
  85. 청구항 79에 있어서,
    상기 분배 용기 및 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자와 상기 흐름 전지 사에 배치된 펌프를 추가로 포함하는, 전력 시스템.
  86. 청구항 85에 있어서,
    상기 펌프는 가역 흐름 펌프인, 전력 시스템.
  87. 청구항 79에 있어서,
    상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 플렉시블 블래더를 포함하는, 전력 시스템.
  88. 청구항 82에 있어서,
    각각의 흐름 전지로의 산화환원 조성물의 흐름을 제어하고 인접 흐름 전지들 사이의 분류 전류를 최소화하기 위해 각 연료 전지의 입구에 위치된 밸브들을 추가로 포함하는, 전력 시스템.
  89. 청구항 82에 있어서,
    각 흐름 전지의 각 전기활성 구역에 전달된 산화환원 조성물의 양을 제어하도록 구성되고 배열된 멀티포트 인젝션 시스템을 추가로 포함하는, 전력 시스템.
  90. 청구항 89에 있어서,
    상기 멀티포트 인젝션 시스템은 전체 흐름 전지들의 서브-부분으로 산화환원 조성물을 공급하는 컴파트먼트로 산화환원 조성물을 도입하는 인젝터들을 포함하는, 전력 시스템.
  91. 청구항 89에 있어서,
    상기 멀티포트 인젝션 시스템은 각 흐름 전지 사이의 분류 전류를 최소화하기 위해 전기활성 구역 보다 큰 컴파트먼트 압력을 제공하는, 전력 시스템.
  92. 청구항 79에 있어서,
    상기 흐름 전지에서 냉각제를 순환시키는 순환 시스템을 추가로 포함하는, 전력 시스템.
  93. 청구항 79에 있어서,
    상기 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물의 전하의 상태를 모니터링하기 위해 전력 저장 용기에 연결된 레벨 미터를 추가로 포함하는, 전력 시스템.
  94. 청구항 79에 기재된 전력 시스템을 동작시키는 방법으로서,
    청구항 79에 기재된 전력 시스템을 제공하는 단계;
    흐름 전지로 하여금 디바이스를 동작시키기 위한 전기 에너지를 제공하도록 방전하게 하기 위해 상기 분배 용기로부터 전기활성 구역들 중 적어도 하나로 상기 유동성 산화환원 조성물을 도입하는 단계; 및
    방전된 산화환원 조성물을 수용 용기에서 수용하는 단계를 포함하는, 방법.
  95. 청구항 94에 있어서,
    상기 산화환원 조성물을 함유하는 상기 분배 용기를 새로 만든 유동성 산화환원 조성물을 함유하는 새로운 분배 용기로 대체함으로써 상기 전력 시스템에 연료를 보급하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  96. 청구항 94에 있어서,
    상기 수용 용기를 새로운 빈 수용 용기로 대체하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  97. 청구항 95에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물은 상기 산화환원 조성물과는 적어도 하나의 상이한 특징을 갖는, 방법.
  98. 청구항 97에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 전력 밀도들을 갖는, 방법.
  99. 청구항 97에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 에너지 밀도들을 갖는, 방법.
  100. 청구항 97에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 반-고체 입자 크기들을 갖는, 방법.
  101. 청구항 97에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물 및 상기 산화환원 조성물은 상이한 전기활성 물질 농도들을 갖는, 방법.
  102. 청구항 97에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물은 상기 산화환원 조성물 보다 작은 반-고체 입자 크기 및 더 높은 전력 밀도를 갖는, 방법.
  103. 청구항 97에 있어서,
    상기 새로 만든 산화환원 조성물은 상기 산화환원 조성물 보다 높은 전기활성 물질 농도 및 더 높은 에너지 밀도를 갖는, 방법.
  104. 청구항 94에 있어서,
    상기 분배 용기 및 수용 용기는 단일체를 형성하는, 방법.
  105. 청구항 94에 있어서,
    상기 복수의 흐름 전지는 흐름 전지들의 스택을 형성하고, 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 상기 흐름 전지 스택과 가역적으로 연결되는, 방법.
  106. 청구항 94에 있어서,
    상기 흐름 전지들은 병렬로 연결되는, 방법.
  107. 청구항 94에 있어서,
    상기 흐름 전지들은 직렬로 연결되는, 방법.
  108. 청구항 94에 있어서,
    상기 전력 시스템은 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자와 상기 흐름 전지 스택 사이에 배치된 펌프를 추가로 포함하는, 방법.
  109. 청구항 108에 있어서,
    상기 펌프는 양 방향으로의 흐름에 대해 동작가능한 가역 흐름 펌프인, 방법.
  110. 청구항 94에 있어서,
    상기 분배 용기 또는 상기 수용 용기는 플렉시블 블래더를 포함하는, 방법.
  111. 청구항 94에 있어서,
    각각의 흐름 전지로의 산화환원 조성물의 흐름을 제어하고 인접 흐름 전지들 사이의 분류 전류를 최소화하기 위해 각 연료 전지의 입구에 위치된 밸브들을 추가로 포함하는, 방법.
  112. 청구항 111에 있어서,
    각 흐름 전지의 각 전기활성 구역에 전달된 산화환원 조성물의 양을 제어하도록 구성되고 배열된 멀티포트 인젝션 시스템을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  113. 청구항 112에 있어서,
    상기 멀티포트 인젝션 시스템은 복수의 컴파트먼트를 포함하고, 각 컴파트먼트는 산화환원 조성물을 각 컴파트먼트로 도입하는 인젝터들 및 상기 흐름 전지 스택에서의 상기 흐름 전지들의 서브세트와 유체 연통하는, 방법.
  114. 청구항 113에 있어서,
    상기 복수의 컴파트먼트에서의 압력은 상기 전기활성 구역 압력에서의 압력 보다 큰, 방법.
  115. 청구항 108에 있어서,
    상기 흐름 전지 스택에서 냉각제를 순환시키는 순환 시스템을 추가로 포함하는, 방법.
  116. 청구항 94에 있어서,
    상기 분배 용기 또는 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자에서의 산화환원 조성물의 체적 또는 내용물을 모니터링하기 위해 상기 분배 용기 및 상기 수용 용기 중 하나 또는 양자에 연결된 모니터링 미터를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  117. 청구항 94에 있어서,
    상기 분배 용기를 새로 만든 산화환원 조성물로 다시 채우는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  118. 청구항 117에 있어서,
    상기 분배 용기를 다시 채우는 단계는 새로운 산화환원 조성물을 상기 분배 용기로 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  119. 청구항 94에 있어서,
    상기 방전된 산화환원 조성물을 상기 수용 용기로부터 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  120. 청구항 119에 있어서,
    상기 방전된 산화환원 조성물을 수용 용기로부터 제거하는 단계는, 방전된 산화환원 조성물의 수용 용기를 비우는 단계를 포함하는, 방법.
  121. 청구항 94에 있어서,
    상기 분배 용기 및 상기 수용 용기는 단일체를 형성하고, 상기 단일체는 수용 컴파트먼트와 분배 컴파트먼트 사이에서 이동가능한 막을 갖고, 상기 방법은 새로운 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물들을 함유하는 전력 저장 용기 및 빈 사용한 산화환원 조성물 저장 용기를 포함하는 새로운 단일체로 상기 단일체를 대체하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  122. 청구항 94에 있어서,
    상기 분배 용기 또는 상기 수용 용기에서의 상기 유동성 산화환원 조성물들의 수준을 모니터링하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  123. 청구항 94에 있어서,
    사용한 산화환원 조성물이 상기 수용 용기로부터 상기 전기활성 구역으로 흐르도록 상기 산화환원 조성물의 흐름의 방향을 역류시키는 단계; 및
    상기 방전된 산화환원 조성물을 재충전하기 위해 역방향 전압을 상기 전력 시스템에 인가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  124. 청구항 123에 있어서,
    상기 재충전된 산화환원 조성물을 저장을 위해 상기 전기활성 구역으로부터 상기 분배 용기로 전진시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  125. 청구항 123에 있어서,
    상기 사용한 산화환원 조성물의 흐름은 가역 펌프에 의해 제어되는, 방법.
  126. 청구항 94에 있어서,
    상기 방전된 유동성 반-고체 이온 저장 산화환원 조성물의 입자 크기는 사전선택된 전력 밀도를 제공하도록 선택되는, 방법.
  127. 청구항 94에 있어서,
    상기 방전된 유동성 반-고체 이온 저장 산화환원 조성물의 중량 % 단위의 부하는, 상기 산화환원 조성물의 사전선택된 에너지 용량을 제공하도록 선택되는, 방법.
  128. 청구항 94에 있어서,
    방전 동안 또는 이후에 상기 산화환원 조성물의 상태를 모니터링하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  129. 청구항 128에 있어서,
    상기 모니터링된 상태는, 캐소드 또는 애노드 산화환원 조성물들의 온도, 유량, 또는 상대적 양을 포함하는, 방법.
  130. 청구항 128에 있어서,
    상기 모니터링의 결과에 기초하여 상기 산화환원 조성물의 특성을 변경하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  131. 청구항 94에 있어서,
    상기 흐름 전지의 전력을 증가시키기 위해 상기 전기활성 구역에 따라 상기 산화환원 조성물의 유량을 증가시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  132. 청구항 94에 있어서,
    상기 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 재조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  133. 청구항 133에 있어서,
    상기 재조절하는 단계는,
    상기 산화환원 조성물로부터 잔류 수분을 격리하는 단계;
    이온 도전성을 개선하기 위해 추가 염을 첨가하는 단계;
    용제들 또는 전해질 첨가제들을 첨가하는 단계;
    이온 저장을 위해 사용된 활성 물질들, 또는 도전성 첨가제들을 포함하는 추가의 고체상들을 첨가하는 단계;
    액체 전해질로부터 고체상들을 분리하는 단계;
    응고 보조제를 첨가하는 단계;
    상기 액체 전해질을 대체하는 단계; 또는
    이들의 임의의 조합을 포함하는, 방법.
  134. 청구항 94에 있어서,
    상기 흐름 전지들 중 적어도 하나는,
    상기 전지의 동작 동안 이온들을 흡수하고 방전할 수 있는 유동성 반-고체 또는 농축된 액체 이온 저장 산화환원 조성물을 포함하는 전극; 및
    정지 전극을 포함하는, 전력 시스템.
KR1020117026293A 2009-04-06 2010-04-06 산화환원 흐름 배터리를 사용하는 연료 시스템 KR102046773B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16695809P 2009-04-06 2009-04-06
US61/166,958 2009-04-06
US23585909P 2009-08-21 2009-08-21
US61/235,859 2009-08-21
PCT/US2010/030136 WO2010118060A1 (en) 2009-04-06 2010-04-06 Fuel system using redox flow battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120028302A true KR20120028302A (ko) 2012-03-22
KR102046773B1 KR102046773B1 (ko) 2019-11-20

Family

ID=42313286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117026293A KR102046773B1 (ko) 2009-04-06 2010-04-06 산화환원 흐름 배터리를 사용하는 연료 시스템

Country Status (7)

Country Link
US (4) US8778552B2 (ko)
EP (2) EP3240078A1 (ko)
JP (2) JP5882888B2 (ko)
KR (1) KR102046773B1 (ko)
CN (2) CN102576893B (ko)
CA (1) CA2757969C (ko)
WO (1) WO2010118060A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101520394B1 (ko) * 2013-12-19 2015-05-14 한국에너지기술연구원 스택형 플로우 에너지 저장 장치 및 그 용도
US10665882B2 (en) 2017-03-02 2020-05-26 Standard Energy Co., Ltd. Redox flow battery

Families Citing this family (127)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8277964B2 (en) 2004-01-15 2012-10-02 Jd Holding Inc. System and method for optimizing efficiency and power output from a vanadium redox battery energy storage system
US11909077B2 (en) 2008-06-12 2024-02-20 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
US9786944B2 (en) 2008-06-12 2017-10-10 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
US8722226B2 (en) * 2008-06-12 2014-05-13 24M Technologies, Inc. High energy density redox flow device
US7820321B2 (en) 2008-07-07 2010-10-26 Enervault Corporation Redox flow battery system for distributed energy storage
US8785023B2 (en) 2008-07-07 2014-07-22 Enervault Corparation Cascade redox flow battery systems
KR102046773B1 (ko) 2009-04-06 2019-11-20 24엠 테크놀러지스 인코퍼레이티드 산화환원 흐름 배터리를 사용하는 연료 시스템
WO2010143634A1 (ja) * 2009-06-09 2010-12-16 シャープ株式会社 レドックスフロー電池
US8399138B2 (en) * 2009-10-14 2013-03-19 GM Global Technology Operations LLC Liquid rechargeable lithium ion battery
JP5944830B2 (ja) * 2009-12-16 2016-07-05 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 高エネルギー密度レドックスフロー装置
US10651492B2 (en) 2010-06-22 2020-05-12 Vrb Energy Inc. Integrated system for electrochemical energy storage system
CA2808292C (en) * 2010-08-18 2018-10-23 Massachusetts Institute Of Technology Stationary, fluid redox electrode
US8202641B2 (en) * 2010-09-08 2012-06-19 Primus Power Corporation Metal electrode assembly for flow batteries
US20120308856A1 (en) * 2010-12-08 2012-12-06 Enervault Corporation Shunt current resistors for flow battery systems
EP2652825A4 (en) * 2010-12-16 2015-03-11 24M Technologies Inc METHOD AND DESIGN OF STACKED FLOW CELLS
US8709629B2 (en) * 2010-12-22 2014-04-29 Jd Holding Inc. Systems and methods for redox flow battery scalable modular reactant storage
EP2656428A4 (en) * 2010-12-23 2016-10-26 24M Technologies Inc SEMI-FULL-FILLED BATTERY AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
WO2012097340A1 (en) * 2011-01-13 2012-07-19 Deeya Energy, Inc. Flow battery start-up and recovery management
US8980484B2 (en) 2011-03-29 2015-03-17 Enervault Corporation Monitoring electrolyte concentrations in redox flow battery systems
US8916281B2 (en) 2011-03-29 2014-12-23 Enervault Corporation Rebalancing electrolytes in redox flow battery systems
CN103748709B (zh) 2011-06-01 2017-05-31 凯斯西储大学 基于铁的液流电池
US20120328927A1 (en) * 2011-06-24 2012-12-27 GM Global Technology Operations LLC Electrochemical devices and rechargeable lithium ion batteries
CN102315473A (zh) * 2011-06-28 2012-01-11 北京好风光储能技术有限公司 一种锂离子液流电池
US20130045399A1 (en) * 2011-08-16 2013-02-21 Primus Power Corporation Flow Battery with Reactant Separation
CN102403519B (zh) * 2011-08-19 2015-02-04 中国电力科学研究院 一种液流电池的集成系统
EP2754194B1 (en) 2011-09-07 2018-12-12 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrode cell having a porous current collector and methods of manufacture
US9774044B2 (en) * 2011-09-21 2017-09-26 United Technologies Corporation Flow battery stack with an integrated heat exchanger
US9350039B2 (en) * 2011-09-28 2016-05-24 United Technologies Corporation Flow battery with two-phase storage
US10141594B2 (en) 2011-10-07 2018-11-27 Vrb Energy Inc. Systems and methods for assembling redox flow battery reactor cells
CN103094599B (zh) * 2011-10-28 2016-03-16 北京好风光储能技术有限公司 一种锂离子液流电池及其反应器和电极盒
US9853454B2 (en) 2011-12-20 2017-12-26 Jd Holding Inc. Vanadium redox battery energy storage system
CN103219537B (zh) * 2012-01-19 2015-05-13 北京好风光储能技术有限公司 一种锂离子液流反应管,锂离子液流电池及其反应器
US9300000B2 (en) 2012-02-28 2016-03-29 Uchicago Argonne, Llc Organic non-aqueous cation-based redox flow batteries
US9966625B2 (en) 2012-02-28 2018-05-08 Uchicago Argonne, Llc Organic non-aqueous cation-based redox flow batteries
US9130217B2 (en) 2012-04-06 2015-09-08 Primus Power Corporation Fluidic architecture for metal-halogen flow battery
WO2013166924A1 (zh) * 2012-05-10 2013-11-14 北京好风光储能技术有限公司 无泵锂离子液流电池、电池反应器及电极悬浮液配置方法
US9401501B2 (en) 2012-05-18 2016-07-26 24M Technologies, Inc. Electrochemical cells and methods of manufacturing the same
US9484569B2 (en) 2012-06-13 2016-11-01 24M Technologies, Inc. Electrochemical slurry compositions and methods for preparing the same
EP2862225A4 (en) * 2012-06-15 2015-12-30 Univ Delaware DESIGN OF A REDOX FLUX BATTERY WITH SEVERAL MEMBRANES AND SEVERAL ELECTRODES
JP5740357B2 (ja) * 2012-06-29 2015-06-24 株式会社日立製作所 大容量蓄電装置
CN102760902B (zh) * 2012-07-26 2014-09-03 杭州电子科技大学 一种独立式全液态燃料电池的燃料液压输送装置
KR20150047529A (ko) * 2012-08-23 2015-05-04 에너볼트 코퍼레이션 레독스 유동 전지의 전해질의 압력 균형화
US8993159B2 (en) 2012-12-13 2015-03-31 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes having high rate capability
US9362583B2 (en) 2012-12-13 2016-06-07 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes having high rate capability
FR3003038B1 (fr) * 2013-03-06 2016-08-19 Ifp Energies Now Procede de determination de la capacite residuelle d'une batterie
US9490496B2 (en) 2013-03-08 2016-11-08 Primus Power Corporation Reservoir for multiphase electrolyte flow control
US20140272653A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Robert Bosch Gmbh Flow Battery System and Method of SOC Determination
EP4195322A1 (en) 2013-03-15 2023-06-14 24M Technologies, Inc. Asymmetric battery having a semi-solid cathode and high energy density anode
DE102013005864A1 (de) * 2013-04-08 2014-10-09 Murrplastik Verwaltung- und Beteiligungs-GmbH Redox-Flow-Zelle
JP6218935B2 (ja) * 2013-06-13 2017-10-25 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションＵｎｉｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 断面に変化があるマニフォールド流路付きフロー電池
AU2014289965A1 (en) * 2013-07-10 2015-12-10 Redflow R&D Pty Ltd Flowing electrolyte battery and method of controlling a flowing electrolyte battery
WO2015009990A2 (en) 2013-07-19 2015-01-22 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes with polymer additive
JP5916819B2 (ja) * 2013-08-26 2016-05-11 一般社団法人新エネルギー支援機構 電力エネルギーの輸送システム
US9590228B1 (en) 2013-11-01 2017-03-07 HRL Laboratroies, LLC Three-dimensional micro-lattice battery structures with convective flow of electrolytes
KR20150061605A (ko) * 2013-11-27 2015-06-04 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 이차 전지 및 이차 전지 시스템
GB201405855D0 (en) * 2014-04-01 2014-05-14 Imp Innovations Ltd Hybrid electrochemical energy device
US10230128B2 (en) 2014-04-09 2019-03-12 24M Technologies, Inc. Damage tolerant batteries
CN104064797B (zh) * 2014-06-14 2017-01-04 中国科学院电工研究所 一种锂离子液流电池系统
JP5850094B2 (ja) * 2014-06-24 2016-02-03 トヨタ自動車株式会社 レドックス型燃料電池
EP3207579B1 (en) 2014-10-13 2020-01-29 24M Technologies, Inc. Systems and methods for series battery charging and forming
US10497935B2 (en) 2014-11-03 2019-12-03 24M Technologies, Inc. Pre-lithiation of electrode materials in a semi-solid electrode
CN112803057A (zh) 2014-11-05 2021-05-14 24M技术公司 具有半固体电极的电化学电池及其制造方法
WO2016076992A1 (en) 2014-11-10 2016-05-19 Chemtura Corporation Energy storage device comprising a polyureythane separator
US10186716B2 (en) 2014-11-10 2019-01-22 Lanxess Solutions Us Inc. Non-aqueous flow cell comprising a polyurethane separator
KR101676126B1 (ko) * 2014-12-16 2016-11-15 오씨아이 주식회사 레독스 플로우 전지의 펌프 속도 제어 방법 및 장치
JP5916912B1 (ja) * 2015-03-13 2016-05-11 一般社団法人新エネルギー支援機構 電力充電供給システム
US10115970B2 (en) 2015-04-14 2018-10-30 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrodes with porous current collectors and methods of manufacture
EP3082186B1 (en) 2015-04-14 2019-07-24 Lanxess Solutions US Inc. Non-aqueous flow cell comprising a polyurethane separator
JP6968702B2 (ja) 2015-05-15 2021-11-17 コンポジット マテリアルズ テクノロジー インコーポレイテッドComposite Materials Technology, Inc. 改良型高容量再充電可能電池用電極
US10593952B2 (en) 2015-05-19 2020-03-17 24M Technologies Inc. Mechanical systems and methods for providing edge support and protection in semi-solid electrodes
KR102606052B1 (ko) 2015-06-18 2023-11-27 24엠 테크놀로지즈, 인크. 단일 파우치 배터리 셀들 및 제조 방법들
CN113594485A (zh) 2015-06-19 2021-11-02 24M技术公司 电化学电池修复方法
TWI540782B (zh) 2015-06-30 2016-07-01 財團法人工業技術研究院 電解質組合物、及包含其之能量儲存裝置
FR3039323B1 (fr) * 2015-07-21 2017-08-11 Ifp Energies Now Systeme et procede de stockage et de restitution d'energie electrochimique a flux de particules redox
US11784341B2 (en) * 2015-12-08 2023-10-10 The Chinese University Of Hong Kong High-energy density and low-cost flow electrochemical devices with moving rechargeable anode and cathode belts
WO2017124098A1 (en) 2016-01-15 2017-07-20 24M Technologies, Inc. Systems and methods for infusion mixing a slurry-based electrode
CN105539188B (zh) * 2016-01-25 2018-01-02 杭州海韵环保工程有限公司 一种液流电动车系统
US10290891B2 (en) 2016-01-29 2019-05-14 Primus Power Corporation Metal-halogen flow battery bipolar electrode assembly, system, and method
EP3427324B1 (en) 2016-03-10 2020-03-25 3M Innovative Properties Company Electrode solutions and electrochemical cells and batteries therefrom
JP2019509600A (ja) * 2016-03-17 2019-04-04 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 膜アセンブリ、電極アセンブリ、膜電極アセンブリ並びにこれらによる電気化学セル及び液体フロー電池
US10069161B2 (en) 2016-03-17 2018-09-04 Saudi Arabian Oil Company In-situ gravitational separation of electrolyte solutions in flow redox battery systems
US10215402B2 (en) 2016-03-31 2019-02-26 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Gas-assisted liguid fuel oxygen reactor
JP6191893B1 (ja) * 2016-04-26 2017-09-06 行政院原子能委員会核能研究所 フロー電池の岐路電流抑制装置及びその方法
CN106099179A (zh) * 2016-06-15 2016-11-09 上海电气集团股份有限公司 一种流体电池正、负极悬浮电解液及其制备方法
KR20190025557A (ko) * 2016-07-01 2019-03-11 스미토모덴키고교가부시키가이샤 레독스 플로우 전지, 전기량 측정 시스템, 및 전기량 측정 방법
WO2018004466A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 Temasek Polytechnic Bipolar plate module for redox flow batteryand redox flow battery stack employing same
WO2018045339A1 (en) 2016-09-01 2018-03-08 Composite Materials Technology, Inc. Nano-scale/nanostructured si coating on valve metal substrate for lib anodes
US10707531B1 (en) 2016-09-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
FR3057709B1 (fr) * 2016-10-19 2018-11-23 IFP Energies Nouvelles Batterie a flux redox comportant un systeme de reduction des courants de derivation
FR3057997B1 (fr) * 2016-10-25 2018-12-07 Kemiwatt Accumulateur electrochimique en flux avec allongement du chemin de fluide
CN106595082A (zh) * 2016-11-28 2017-04-26 北京有色金属研究总院 一种太阳能光热发电用金属氢化物储热装置
US10374239B2 (en) 2016-12-29 2019-08-06 Uchicago Argonne, Llc Aqueous pyridinium cation-based redox flow batteries
WO2018144707A1 (en) 2017-02-01 2018-08-09 24M Technologies, Inc. Systems and methods for improving safety features in electrochemical cells
WO2018183828A1 (en) 2017-03-31 2018-10-04 24M Technologies, Inc. Overcharge protection of batteries using current interrupt devices
WO2018187817A1 (en) * 2017-04-07 2018-10-11 Applied Physical Electronics, L.C. Lithium ion micro particle fuel cell
US10283824B2 (en) * 2017-04-21 2019-05-07 Ford Global Technologies, Llc Thermal exchange assembly for vehicle battery
JP7121044B2 (ja) * 2017-04-28 2022-08-17 イーエスエス テック インコーポレーテッド 加圧マルチチャンバタンクを使用した統合水素リサイクルシステム
DE102017110521A1 (de) * 2017-05-15 2018-11-15 Cfd Consultants Gmbh System mit einer Redox-Flow-Batterie
US10553890B2 (en) 2017-06-23 2020-02-04 Uchicago Argonne, Llc Aqueous redox flow batteries
WO2019027901A1 (en) 2017-07-31 2019-02-07 24M Technologies, Inc. CURRENT INTERRUPTING DEVICES USING SHAPE MEMORY MATERIALS
US10424805B2 (en) 2017-08-15 2019-09-24 Uchicago Argonne, Llc Benzothiophene-based redox molecules for flow battery
US10854869B2 (en) 2017-08-17 2020-12-01 24M Technologies, Inc. Short-circuit protection of battery cells using fuses
EP3738158A4 (en) 2018-01-08 2021-10-13 24M Technologies, Inc. ELECTROCHEMICAL CELLS WITH SELECTIVELY PERMEABLE MEMBRANES, SYSTEMS AND METHODS FOR THEIR PRODUCTION
CN110120542B (zh) * 2018-02-07 2020-12-25 北京好风光储能技术有限公司 一种高能量密度锂浆料电池及其工作方法
KR20210011432A (ko) 2018-05-24 2021-02-01 24엠 테크놀로지즈, 인크. 고 에너지 밀도 조성-경사 전극들 및 그 제작 방법들
US11094487B2 (en) 2018-06-25 2021-08-17 24M Technologies, Inc. Current interrupt device based on thermal activation of frangible glass bulb
US11139467B2 (en) 2018-07-09 2021-10-05 24M Technologies, Inc. Continuous and semi-continuous methods of semi-solid electrode and battery manufacturing
US11056698B2 (en) 2018-08-02 2021-07-06 Raytheon Technologies Corporation Redox flow battery with electrolyte balancing and compatibility enabling features
CN111326770A (zh) 2018-12-14 2020-06-23 株式会社电装 电解液站和电力管理系统
KR102170731B1 (ko) * 2018-12-19 2020-10-27 한국기초과학지원연구원 인시츄 광학 및 전기화학 분석 방법 및 이를 위한 전지 셀 측정 모듈
WO2020175340A1 (ja) * 2019-02-27 2020-09-03 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池
CN112018370B (zh) * 2019-05-28 2022-04-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 金属单质的制备方法
US11631920B2 (en) 2019-06-27 2023-04-18 24M Technologies, Inc. Dual electrolyte electrochemical cells, systems, and methods of manufacturing the same
US20220247015A1 (en) * 2019-07-12 2022-08-04 Ampcera Inc. Interally heatable battery, internally heatable battery system, internally heatable battery method, and electric vehicle comprising the same
US11271237B2 (en) 2019-07-29 2022-03-08 Uchicago Argonne, Llc Organic redox molecules for flow batteries
WO2021150602A1 (en) 2020-01-21 2021-07-29 24M Technologies, Inc. Apparatuses and processes for forming a semi-solid electrode having high active solids loading and electrochemical cells including the same
US11742525B2 (en) 2020-02-07 2023-08-29 24M Technologies, Inc. Divided energy electrochemical cell systems and methods of producing the same
GB2592359A (en) * 2020-02-18 2021-09-01 Connect4Engineering Ltd Electrode with lattice structure
KR20220145857A (ko) 2020-02-21 2022-10-31 24엠 테크놀로지즈, 인크. 막에 직접적으로 커플링된 전극 재료를 갖는 전기화학 셀들 및 그 제조 방법들
IT202000016600A1 (it) * 2020-07-09 2022-01-09 Univ Degli Studi Padova Metodo di gestione dello stato di carica per batterie a flusso redox e batteria a flusso redox
ES2940032R1 (es) * 2020-08-31 2023-12-15 Fund Imdea Energia Celda de electrodos reciclables
US11271226B1 (en) 2020-12-11 2022-03-08 Raytheon Technologies Corporation Redox flow battery with improved efficiency
IT202100002096A1 (it) * 2021-02-02 2022-08-02 Graf Ind S P A Batteria ricaricabile e relativa stazione di ricarica
US20230207994A1 (en) * 2021-12-29 2023-06-29 Enlighten Innovations Inc. Molten metal battery system with metal production and flow battery modes
WO2023220576A1 (en) * 2022-05-09 2023-11-16 Lockheed Martin Energy, Llc Uniform distribution of shunt currents in flow battery
US11984564B1 (en) 2022-12-16 2024-05-14 24M Technologies, Inc. Systems and methods for minimizing and preventing dendrite formation in electrochemical cells
CN115863532B (zh) * 2022-12-22 2024-03-29 烯晶碳能电子科技无锡有限公司 一种双极性电极的制造工艺

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4126733A (en) * 1976-05-10 1978-11-21 Sorapec Societe de Recherches et d'Application Electronchimiques Electrochemical generator comprising an electrode in the form of a suspension
JPS61201270U (ko) * 1985-06-06 1986-12-17
JPS62229665A (ja) * 1986-03-29 1987-10-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液流通型２次電池
GB2374722A (en) * 2001-04-20 2002-10-23 Innogy Technology Ventures Ltd Regenerative fuel cell with ph control
US20030211377A1 (en) * 2002-05-07 2003-11-13 Holmes Charles M. Fuel-cell based power source having internal series redundancy
US20040131934A1 (en) * 2001-03-20 2004-07-08 Francois Sugnaux Mesoporous network electrode for electrochemical cell

Family Cites Families (121)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3255046A (en) * 1961-02-16 1966-06-07 Union Carbide Corp Means for converting high energy radiation to electrical energy
US3551207A (en) * 1961-03-30 1970-12-29 Exxon Research Engineering Co Fuel cell
US3360401A (en) * 1965-09-29 1967-12-26 Standard Oil Co Process for converting chemical energy into electrical energy
CH468727A (de) * 1967-02-07 1969-02-15 Battelle Memorial Inst Interna Elektrischer Akkumulator
US3540934A (en) * 1967-07-11 1970-11-17 Jan Boeke Multiple cell redox battery
US3540933A (en) * 1967-07-11 1970-11-17 Jan Boeke Redox fuel cell
US3996064A (en) * 1975-08-22 1976-12-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Electrically rechargeable REDOX flow cell
US4814240A (en) * 1976-07-12 1989-03-21 Solomon Zaromb Metal-consuming power generation methods
US4018971A (en) * 1976-07-20 1977-04-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Gels as battery separators for soluble electrode cells
US4159366A (en) * 1978-06-09 1979-06-26 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Electrochemical cell for rebalancing redox flow system
US4192910A (en) * 1978-11-29 1980-03-11 Nasa Catalyst surfaces for the chromous/chromic redox couple
JPS5834912B2 (ja) * 1979-10-19 1983-07-29 工業技術院長 燃料電池
US4335191A (en) * 1980-07-28 1982-06-15 Tadiran Israel Electronics Industries Ltd. Lithium cells
IL61085A (en) * 1980-09-19 1983-07-31 Univ Ramot Nonaqueous sulfur cell
US4375501A (en) * 1980-10-17 1983-03-01 Gte Laboratories Incorporated Electrochemical cell
US4318969A (en) * 1980-11-21 1982-03-09 Gte Laboratories Incorporated Electrochemical cell
FR2495842A1 (fr) * 1980-12-05 1982-06-11 Comp Generale Electricite Generateur electrochimique a electrode negative liquide
US4443522A (en) * 1981-04-06 1984-04-17 Struthers Ralph C Metal/acid ion permeable membrane fuel cell
US4352864A (en) * 1981-04-06 1982-10-05 Universal Fuel Systems, Inc. Metal/acid ion permeable membrane fuel cell
US4382116A (en) * 1981-05-22 1983-05-03 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Zirconium carbide as an electrocatalyst for the chromous/chromic REDOX couple
US4370392A (en) * 1981-06-08 1983-01-25 The University Of Akron Chrome-halogen energy storage device and system
US4784924A (en) * 1981-06-08 1988-11-15 University Of Akron Metal-halogen energy storage device and system
IL63336A (en) * 1981-07-16 1984-03-30 Univ Ramot Electrochemical cell
IL63337A (en) * 1981-07-16 1984-03-30 Univ Ramot Electrochemical reserve cell
US4485154A (en) * 1981-09-08 1984-11-27 Institute Of Gas Technology Electrically rechargeable anionically active reduction-oxidation electrical storage-supply system
JPS5913153A (ja) * 1982-07-12 1984-01-23 Nissan Motor Co Ltd 気筒数可変エンジン搭載車の自動変速機制御装置
EP0108002A1 (fr) * 1982-10-21 1984-05-09 Transports Recherches Etudes Groupement D'interet Economique (T.R.E.G.I.E.) Dispositif de fonctionnement d'un générateur électrochimique à électrode négative de zinc
CA1244078A (en) * 1984-06-06 1988-11-01 Takafumi Hashimoto Metal-halogen secondary battery
US4576878A (en) * 1985-06-25 1986-03-18 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus for rebalancing a redox flow cell system
IL77786A (en) * 1986-02-04 1990-02-09 Univ Ramot Electrochemical cell
JPS63281362A (ja) * 1987-05-12 1988-11-17 Nkk Corp レドックスフロ−型電池
JPS63285875A (ja) * 1987-05-18 1988-11-22 Chubu Electric Power Co Inc レドックスフロ−型電池
NL8800500A (nl) 1988-02-26 1989-09-18 Stork Screens Bv Electrodemateriaal voor toepassing in een suspensie accumulator-halfcel, accumulatorhalfcel met een electrode uit dergelijk materiaal en een dergelijke accumulatorhalfcel omvattende accumulator.
JP2649700B2 (ja) * 1988-06-03 1997-09-03 関西電力株式会社 レドックスフロー電池の電解液再生装置
US5079104A (en) * 1991-03-18 1992-01-07 International Fuel Cells Integrated fuel cell stack shunt current prevention arrangement
EP0518407A3 (en) 1991-06-12 1993-02-24 Stork Screens B.V. Metal suspension half-cell for an accumulator, method for operating such a half-cell and metal suspension accumulator comprising such a half-cell
US5308718A (en) * 1993-01-15 1994-05-03 Globe-Union Inc. End block constructions for batteries
US5599638A (en) * 1993-10-12 1997-02-04 California Institute Of Technology Aqueous liquid feed organic fuel cell using solid polymer electrolyte membrane
US5441820A (en) * 1993-10-26 1995-08-15 Regents, University Of California Electrically recharged battery employing a packed/spouted bed metal particle electrode
EP0729648B1 (en) * 1993-11-17 2003-04-02 Pinnacle VRB Stabilised electrolyte solutions, methods of preparation thereof and redox cells and batteries containing stabilised electrolyte solutions
US5849427A (en) 1993-12-02 1998-12-15 Lawrence Berkeley Laboratory Hydraulically refueled battery employing a packed bed metal particle electrode
US5558961A (en) * 1994-06-13 1996-09-24 Regents, University Of California Secondary cell with orthorhombic alkali metal/manganese oxide phase active cathode material
US5656390A (en) * 1995-02-16 1997-08-12 Kashima-Kita Electric Power Corporation Redox battery
JPH08259767A (ja) * 1995-03-20 1996-10-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 導電性プラスチック板およびそれを用いた電池セル
ATE251806T1 (de) * 1995-05-03 2003-10-15 Pinnacle Vrb Ltd Verfahren zur herstellung eines vanadiumelektrolyten für ganzvanadium redoxzellen und -batterien mit hoher energiedichte
US5610802A (en) * 1995-05-23 1997-03-11 Zb B Technologies, Inc. Compact energy storage system
US5650239A (en) * 1995-06-07 1997-07-22 Zbb Technologies, Inc. Method of electrode reconditioning
US5591538A (en) * 1995-07-07 1997-01-07 Zbb Technologies, Inc. Zinc-bromine battery with non-flowing electrolyte
US5600534A (en) * 1995-10-12 1997-02-04 Zbb Technologies, Inc. Capacitor having non-conductive plastic frames
US5601943A (en) * 1995-10-26 1997-02-11 Zbb Technologies, Inc. Module for an aqueous battery system
US5804329A (en) 1995-12-28 1998-09-08 National Patent Development Corporation Electroconversion cell
JPH09223513A (ja) * 1996-02-19 1997-08-26 Kashimakita Kyodo Hatsuden Kk 液循環式電池
JP3712476B2 (ja) 1996-10-02 2005-11-02 富士通株式会社 信号伝送システム及び半導体装置
US5837397A (en) * 1996-11-08 1998-11-17 Gould Electronics Inc. Laminar (flat or paper-type) lithium-ion battery with slurry anodes and slurry cathodes
US5792576A (en) * 1996-11-08 1998-08-11 Gould Electronics Inc. Limited rechargeable lithium battery based on a cathode slurry
US6482374B1 (en) * 1999-06-16 2002-11-19 Nanogram Corporation Methods for producing lithium metal oxide particles
US5869200A (en) * 1997-08-12 1999-02-09 Sunsave, Inc. Magnetic slurry fueled battery system
US5912088A (en) * 1997-10-28 1999-06-15 Plug Power, L.L.C. Gradient isolator for flow field of fuel cell assembly
AU2636999A (en) * 1998-02-24 1999-09-15 Ramot University Authority For Applied Research And Industrial Development Ltd. Ion conductive matrixes and their use
IL124007A (en) * 1998-04-08 2001-08-26 Univ Ramot Long cycle-life alkali metal battery
AU767055B2 (en) * 1998-05-06 2003-10-30 Zbb Technologies Inc. Spill and leak containment system for zinc-bromine battery
ID28115A (id) * 1998-06-09 2001-05-03 Farnow Technologies Pty Ltd Sistem penyimpanan energi
US6500571B2 (en) * 1998-08-19 2002-12-31 Powerzyme, Inc. Enzymatic fuel cell
GB2346006B (en) 1999-01-20 2001-01-31 Nat Power Plc Method of carrying out electrochemical reactions
US6277520B1 (en) * 1999-03-19 2001-08-21 Ntk Powerdex, Inc. Thin lithium battery with slurry cathode
CA2363401A1 (en) * 1999-03-29 2000-10-05 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Battery and equipment or device having the battery as part of structure and locally distributed power generation method and power generation device therefor
JP3051401B1 (ja) * 1999-03-29 2000-06-12 川崎重工業株式会社 電 池
ES2335570T3 (es) * 1999-09-27 2010-03-30 Sumitomo Electric Industries, Limited Bateria de flijo redox.
US6447943B1 (en) * 2000-01-18 2002-09-10 Ramot University Authority For Applied Research & Industrial Development Ltd. Fuel cell with proton conducting membrane with a pore size less than 30 nm
WO2001054220A2 (en) * 2000-01-18 2001-07-26 Ramot University Authority For Applied Research And Industrial Development Ltd. Fuels for non-alkaline fuel cells
US6296958B1 (en) * 2000-03-08 2001-10-02 Metallic Power, Inc. Refuelable electrochemical power source capable of being maintained in a substantially constant full condition and method of using the same
GB2362752B (en) * 2000-03-24 2002-06-05 Innogy Ltd Method of operating a fuel cell
JP3979774B2 (ja) * 2000-09-25 2007-09-19 クロリンエンジニアズ株式会社 レドックスフロー電池
US6455187B1 (en) * 2000-10-03 2002-09-24 Premium Power Acquisition Corporation Recombinator for the re-acidification of an electrolyte stream in a flowing electrolyte zinc-bromine battery
US20050175890A1 (en) * 2000-10-31 2005-08-11 Kazuo Tsutsumi Battery
JP3642732B2 (ja) * 2000-12-06 2005-04-27 住友電気工業株式会社 圧力変動防止タンク構造、電解液循環型２次電池およびレドックスフロー型２次電池
JP2002289233A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Hitachi Zosen Corp レドックスフロー電池タンク
US20040241552A1 (en) 2001-05-18 2004-12-02 Maria Skyllas-Kazacos Vanadium redox battery electrolyte
JP3897544B2 (ja) * 2001-06-07 2007-03-28 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池用電解液およびレドックスフロー電池
CN1209219C (zh) 2001-06-26 2005-07-06 艾铭南 制备银原子的设备
KR100912157B1 (ko) * 2001-07-18 2009-08-14 텔-아비브 유니버시티 퓨처 테크놀로지 디벨롭먼트 엘.피. 프로톤 전도막을 구비하고 물과 연료에 대한 처리를 개선한 연료 전지
US7560189B2 (en) * 2001-08-10 2009-07-14 Plurion Limited Mixed electrolyte battery
US7297437B2 (en) * 2001-08-10 2007-11-20 Plurion Limited Battery with gelled electrolyte
US7625663B2 (en) 2001-08-10 2009-12-01 Plurion Limited Company Cerium batteries
US7270911B2 (en) * 2001-08-10 2007-09-18 Plurion Limited Load leveling battery and methods therefor
US7252905B2 (en) * 2001-08-10 2007-08-07 Plurion Limited Lanthanide batteries
US20060063065A1 (en) * 2001-08-10 2006-03-23 Clarke Robert L Battery with bifunctional electrolyte
US6986966B2 (en) * 2001-08-10 2006-01-17 Plurion Systems, Inc. Battery with bifunctional electrolyte
AUPR722101A0 (en) * 2001-08-24 2001-09-13 Skyllas-Kazacos, Maria Vanadium chloride/polyhalide redox flow battery
AU2002364020A1 (en) * 2001-12-21 2003-07-15 Massachusetts Institute Of Technology Conductive lithium storage electrode
JP4028732B2 (ja) * 2002-01-21 2007-12-26 株式会社水素エネルギー研究所 発電方法
US7214443B2 (en) * 2002-02-12 2007-05-08 Plurion Limited Secondary battery with autolytic dendrites
US7033696B2 (en) * 2002-02-12 2006-04-25 Plurion Systems, Inc. Electric devices with improved bipolar electrode
JP4155745B2 (ja) * 2002-02-27 2008-09-24 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池の運転方法
AUPS192102A0 (en) * 2002-04-23 2002-05-30 Unisearch Limited Vanadium bromide redox flow battery
JP4185311B2 (ja) * 2002-05-10 2008-11-26 新興化学工業株式会社 バナジウムレドックスフロー電池電解液用固形組成物
WO2004036668A2 (en) * 2002-10-17 2004-04-29 Tel-Aviv University Future Technology Development L.P. Thin-film cathode for 3-dimensional microbattery and method for preparing such cathode
NZ542932A (en) * 2003-03-14 2008-01-31 Unisearch Ltd Novel vanadium halide redox flow battery
AU2003901763A0 (en) * 2003-04-14 2003-05-01 Michael Kazacos Novel bromide redox flow cells and batteries
US6979512B2 (en) 2003-03-19 2005-12-27 Phillips Edward D Colloidal battery
US7521149B2 (en) * 2004-08-11 2009-04-21 Medeiros Maria G High efficiency semi-fuel cell incorporating an ion exchange membrane
GB2424511B (en) * 2005-03-22 2007-01-24 Intellikraft Ltd Lithium sulphide battery and method of producing the same
CN100438190C (zh) * 2005-03-29 2008-11-26 攀钢集团攀枝花钢铁研究院 全钒离子液流电池电解液及其制备方法
WO2006129635A1 (ja) * 2005-05-31 2006-12-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 二次電池とこれを用いた電源システム、電源システムの使用方法
CN101213700B (zh) 2005-06-20 2012-11-21 新南创新私人有限公司 用于氧化还原电池和电池组的改进的全氟化膜和改进的电解液
US7828619B1 (en) * 2005-08-05 2010-11-09 Mytitek, Inc. Method for preparing a nanostructured composite electrode through electrophoretic deposition and a product prepared thereby
US8133629B2 (en) * 2007-03-21 2012-03-13 SOCIéTé BIC Fluidic distribution system and related methods
WO2008128341A1 (en) 2007-04-19 2008-10-30 National Research Council Of Canada Direct fuel redox fuel cells
CN101192678A (zh) * 2007-05-29 2008-06-04 北京普能世纪科技有限公司 一种干式可充钒电池的制造技术
WO2008148148A1 (en) * 2007-06-07 2008-12-11 V-Fuel Pty Ltd Efficient energy storage systems using vanadium redox batteries for electricity trading, fossil fuel reduction and electricity power cost savings for consumers
DE102007034700A1 (de) * 2007-07-16 2009-01-22 Rennebeck, Klaus, Dr. Redox-Batterie
JP5211775B2 (ja) * 2008-03-14 2013-06-12 株式会社豊田中央研究所 スラリー利用型二次電池
US8097364B2 (en) * 2008-03-31 2012-01-17 Integrated Resource Recovery, Inc Electroactive material for charge transport
JP5431452B2 (ja) * 2008-04-07 2014-03-05 カーネギー メロン ユニバーシティ ナトリウムイオンを用いた水性電解質系電気化学的二次エネルギー貯蔵装置
US9786944B2 (en) * 2008-06-12 2017-10-10 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
US8722226B2 (en) * 2008-06-12 2014-05-13 24M Technologies, Inc. High energy density redox flow device
CN102119461B (zh) * 2008-06-12 2016-08-03 麻省理工学院 高能量密度氧化还原液流装置
KR102046773B1 (ko) 2009-04-06 2019-11-20 24엠 테크놀러지스 인코퍼레이티드 산화환원 흐름 배터리를 사용하는 연료 시스템
JP5944830B2 (ja) 2009-12-16 2016-07-05 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 高エネルギー密度レドックスフロー装置
US20110274948A1 (en) * 2010-04-09 2011-11-10 Massachusetts Institute Of Technology Energy transfer using electrochemically isolated fluids
CA2808292C (en) 2010-08-18 2018-10-23 Massachusetts Institute Of Technology Stationary, fluid redox electrode

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4126733A (en) * 1976-05-10 1978-11-21 Sorapec Societe de Recherches et d'Application Electronchimiques Electrochemical generator comprising an electrode in the form of a suspension
JPS61201270U (ko) * 1985-06-06 1986-12-17
JPS62229665A (ja) * 1986-03-29 1987-10-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 電解液流通型２次電池
US20040131934A1 (en) * 2001-03-20 2004-07-08 Francois Sugnaux Mesoporous network electrode for electrochemical cell
GB2374722A (en) * 2001-04-20 2002-10-23 Innogy Technology Ventures Ltd Regenerative fuel cell with ph control
US20030211377A1 (en) * 2002-05-07 2003-11-13 Holmes Charles M. Fuel-cell based power source having internal series redundancy

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101520394B1 (ko) * 2013-12-19 2015-05-14 한국에너지기술연구원 스택형 플로우 에너지 저장 장치 및 그 용도
US9761379B2 (en) 2013-12-19 2017-09-12 Korea Institute Of Energy Research Stack-type flow energy storage system and method of charging and discharging energy using the same
US10665882B2 (en) 2017-03-02 2020-05-26 Standard Energy Co., Ltd. Redox flow battery

Also Published As

Publication number Publication date
US20150129081A1 (en) 2015-05-14
US20160268621A1 (en) 2016-09-15
CN102576893A (zh) 2012-07-11
EP2417664A1 (en) 2012-02-15
EP2417664B1 (en) 2017-04-05
US9583780B2 (en) 2017-02-28
CA2757969C (en) 2018-01-09
JP6225200B2 (ja) 2017-11-01
KR102046773B1 (ko) 2019-11-20
US8778552B2 (en) 2014-07-15
CN105280937A (zh) 2016-01-27
US9293781B2 (en) 2016-03-22
CN105280937B (zh) 2018-04-10
CA2757969A1 (en) 2010-10-14
CN102576893B (zh) 2015-10-21
US20160013507A1 (en) 2016-01-14
EP3240078A1 (en) 2017-11-01
JP2016146345A (ja) 2016-08-12
JP2012523103A (ja) 2012-09-27
WO2010118060A1 (en) 2010-10-14
JP5882888B2 (ja) 2016-03-09
US20100323264A1 (en) 2010-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102046773B1 (ko) 산화환원 흐름 배터리를 사용하는 연료 시스템
US7927731B2 (en) Redox flow cell
US20100330437A1 (en) Metal-air flow cell
CA2994424C (en) Solids mitigation within flow batteries
KR970005464B1 (ko) 막 유동 셀 배터리
JP2003533860A (ja) 燃料収容容器および再生システム
US5304430A (en) Acid-base concentration cell for electric power generation
US11056707B2 (en) Flow batteries having a pressure-balanced electrochemical cell stack and associated methods
KR101855290B1 (ko) 레독스 흐름전지
CN111033851A (zh) 氧化还原液流电池
CN109065916B (zh) 浆料储能系统
US20230061531A1 (en) Systems and methods for circulating electrolyte and electric current in series coupled redox flow battery cells
US20230062739A1 (en) Systems and methods for flowing, storing, and rebalancing electrolyte in redox flow battery system
EA025178B1 (ru) Проточный аккумулятор и способ преобразования электрической энергии с его использованием
US20240194921A1 (en) Rebalancing cell system for redox flow battery
Smedley et al. A zinc-air fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant