KR20180124057A - 흐름 레독스 전지 시스템에서의 전해질 용액의 인-시츄 중력 분리 - Google Patents
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Abstract
전기화학 전지, 애노드 전해액 탱크, 캐소드 전해액 탱크, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 및 발전 회로를 포함하는 흐름 레독스 전지 시스템. 이온교환막은 애노드 및 캐소드와 전기화학적으로 연동된다. 발전 회로는 애노드 및 캐소드에 전기적으로 연결된다. 애노드 전해액 탱크는 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결되고, 캐소드 전해액 탱크는 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된다. 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함한다. 나아가, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 "IN-SITU GRAVITATIONAL SEPARATION OF ELECTROLYTE SOLUTIONS IN FLOW REDOX BATTERY SYSTEMS"라는 명칭의 2016년 3월 17일 출원된 미국 특허 출원 일련번호 15/072,912의 이익을 주장한다.
본 개시는 흐름 레독스 전지 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 개시는 전해질 캐리어 슬러리를 포함하는 흐름 레독스 전지 시스템 기술을 소개한다.
본 개시의 대상에 따르면, 흐름 레독스 전지 시스템은 전기화학 전지, 애노드 전해액 탱크, 캐소드 전해액 탱크, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 및 발전 회로를 포함한다. 전기화학 전지는 애노드 및 캐소드 사이에 위치하며 애노드 및 캐소드과 전기화학적으로 연동(engage)되는 이온교환막을 포함한다. 발전 회로는 애노드 및 캐소드에 전기적으로 연결된다. 애노드 전해액 탱크는 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 상단부 및 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 하단부를 포함한다. 캐소드 전해액 탱크는 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 상단부 및 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 하단부를 포함한다. 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함한다. 나아가, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함한다.
본 개시의 일 구현예에 따르면, 흐름 레독스 전지 시스템은 전기화학 전지, 애노드 전해액 탱크, 캐소드 전해액 탱크, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리, 애노드 전해액 용액, 캐소드 전해액 용액 및 발전 회로를 포함한다. 전기화학 전지는 애노드 및 캐소드 사이에 위치하며 애노드 및 캐소드과 전기화학적으로 연동되는 이온교환막을 포함한다. 발전 회로는 애노드 및 캐소드에 전기적으로 연결된다. 애노드 전해액 탱크는 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 상단부 및 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 하단부를 포함한다. 캐소드 전해액 탱크는 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 상단부 및 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 하단부를 포함한다. 애노드 전해액 용액은 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리와 화학적으로 연동될 수 있다. 캐소드 전해액 용액은 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리와 화학적으로 연동될 수 있다. 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함한다. 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함한다. 나아가, 제1 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리 및 제1 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 각각은 복수의 슬러리 결정립(slurry grain)을 포함하고, 각각의 슬러리 결정립은 불활성 코어 및 불활성 코어와 화학적으로 연동된 하나 이상의 활성 입자를 포함한다.
본 개시의 또 다른 구현예에 따르면, 흐름 레독스 전지 시스템은 전기화학 전지, 애노드 전해액 탱크, 캐소드 전해액 탱크, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 및 발전 회로를 포함한다. 전기화학 전지는 애노드 및 캐소드 사이에 위치하며 애노드 및 캐소드과 전기화학적으로 연동되는 이온교환막을 포함한다. 발전 회로는 애노드 및 캐소드에 전기적으로 연결된다. 애노드 전해액 탱크는 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 상단부 및 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 하단부를 포함한다. 캐소드 전해액 탱크는 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 상단부 및 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 하단부를 포함한다. 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도를 포함하여, 제1 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 애노드 전해액 탱크 내에 수용될 때 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리 위에 뜬다. 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도보다 큰 전기 음성도를 포함하여, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당긴다. 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도를 포함하여, 제1 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 캐소드 전해액 탱크 내에 수용될 때 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 위에 뜬다. 나아가, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도보다 작은 전기 음성도를 포함하여, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 방전된 캐소드 전해액을 전기화학적으로 끌어당기고 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당긴다.
본 개시의 개념을 일부 특정 흐름 레독스 전지 시스템 구성을 1차적으로 참조하여 본 설명에 기술하였지만, 이러한 개념은 임의의 구성을 갖는 흐름 레독스 전지 시스템에 대해 적용 가능성을 가질 것으로 생각된다.
본 개시의 특정 구현예에 대한 다음의 상세한 설명은 다음의 도면과 함께 읽힐 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 도면에서 비슷한 구조는 비슷한 참조 번호로 표시된다.
도 1은 본 설명에 도시되고 설명된 한 가지 이상의 구현예에 따른 흐름 레독스 전지 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 설명에 도시되고 설명된 한 가지 이상의 구현예에 따른 애노드 전해액 캐리어 슬러리 또는 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 예시적인 슬러리 결정립의 개략도이다.
도 3은 본 설명에 도시되고 설명된 한 가지 이상의 구현예에 따른 도 1의 흐름 레독스 전지 시스템의 충전 상태 백분율에 대한 개방 회로 전압의 개략도이다.
도 1은 본 설명에 도시되고 설명된 한 가지 이상의 구현예에 따른 흐름 레독스 전지 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 설명에 도시되고 설명된 한 가지 이상의 구현예에 따른 애노드 전해액 캐리어 슬러리 또는 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 예시적인 슬러리 결정립의 개략도이다.
도 3은 본 설명에 도시되고 설명된 한 가지 이상의 구현예에 따른 도 1의 흐름 레독스 전지 시스템의 충전 상태 백분율에 대한 개방 회로 전압의 개략도이다.
도 1은 흐름 환원/산화(레독스) 전지 시스템(100)의 개략도이다. 흐름 레독스 전지 시스템(100)은 전기화학 전지(110), 애노드 전해액 탱크(130), 캐소드 전해액 탱크(140) 및 발전 회로(170)를 포함한다. 전기화학 전지(110)는 애노드 전해액 탱크(130) 및 캐소드 전해액 탱크(140)에 유체 흐름 가능하게 연결되고, 발전 회로(170)에 전기적으로 연결된다. 흐름 레독스 전지 시스템(100)은 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150) 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)를 포함하며, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150) 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)는 각각 애노드 전해액 탱크(130) 내에 수용될 수 있고, 각각 애노드 전해액 탱크(130) 및 전기화학 전지(110) 사이를 흐를 수 있다. 흐름 레독스 전지 시스템(100)은 또한, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154) 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)를 포함하며, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154) 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)는 각각 캐소드 전해액 탱크(140) 내에 수용될 수 있고, 각각 캐소드 전해액 탱크(140) 및 전기화학 전지(110) 사이를 흐를 수 있다. 또한, 흐름 레독스 전지 시스템(100)은 애노드 전해액 용액 및 캐소드 전해액 용액과 같은 전해질 용액을 포함한다.
애노드 전해액 용액은 애노드 전해액 탱크(130) 내에 수용될 수 있고, 애노드 전해액 탱크(130) 및 전기화학 전지(110) 사이를 흐를 수 있다. 애노드 전해액 용액은 복수의 충전된 애노드 전해액 활성 물질, 복수의 방전된 애노드 전해액 활성 물질, 또는 이의 조합을 포함할 수 있고, 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 방전 동작 중에 전기화학 전지(110)에서 산화되고 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 충전 동작 중에 전기화학 전지(110)에서 환원되도록 조성적으로 구성된다. 본 설명에 사용된 "활성 물질"은 산화환원 반응을 거칠 때 산화 상태를 바꾸도록 조성적으로 구성되는, 원자, 이온, 분자 등과 같은 화학적 성분을 지칭한다. 예를 들어, 애노드 전해액 용액의 활성 물질은 바나듐, 크로뮴, 아연, 황, 넵투늄, 우라늄 또는 이의 조합을 포함할 수 있다고 생각된다. 또한, 복수의 충전된 애노드 전해액 활성 물질 각각은 복수의 방전된 애노드 전해액 활성 물질 각각보다 더 낮은 양전하 및 더 낮은 산화 상태를 포함한다.
캐소드 전해액 용액은 캐소드 전해액 탱크(140) 내에 수용될 수 있고, 캐소드 전해액 탱크(140) 및 전기화학 전지(110) 사이를 흐를 수 있다. 캐소드 전해액 용액은 복수의 충전된 캐소드 전해액 활성 물질, 복수의 방전된 캐소드 전해액 활성 물질, 또는 이의 조합을 포함할 수 있고, 방전 동작 중에 전기화학 전지(110)에서 환원되고 충전 동작 중에 전기화학 전지(100)에서 산화되도록 조성적으로 구성된다. 복수의 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 각각은 복수의 방전된 캐소드 전해액 활성 물질 각각보다 더 높은 양전하 및 더 높은 산화 상태를 포함한다. 예를 들어, 캐소드 전해액 용액의 활성 물질은 바나듐, 브롬, 세륨, 염소, 페리시안 화합물, 페로시안 화합물, 망간, 산화넵투늄, 산화우라늄, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다고 생각된다.
나아가, 애노드 전해액 용액 및 캐소드 전해액 용액은 각각 상이한 표준 환원 전위를 나타내는 레독스 쌍을 갖는 임의의 활성 물질을 포함할 수 있다. 나아가, 애노드 전해액 용액은 캐소드 전해액 용액의 활성 물질보다 낮은 표준 환원을 갖는 활성 물질을 포함할 수 있다. 아래 표는 캐소드 전해액 용액 및 피분석물 용액으로 사용될 수 있는 활성 물질 레독스 쌍의 불완전한 목록을 서술한 것이다.
| 캐소드 전해액 용액 활성 물질 | 애노드 전해액 용액 활성 물질 |
| Cr3+/Cr2+ | Fe3+/F2+ |
| V3+/V2+ | V5+/V4+ |
| V3+/V2+ | Br2/Br- |
| V3+/V2+ | Fe3+/F2+ |
| V3+/V2+ | Ce4+/Ce3+ |
| Zn2+/Zn | Cl-/Cl2 |
| Zn2+/Zn | Br-/Br2 |
| Zn2+/Zn | Ce4+/Ce3+ |
| Zn2+/Zn | V5+/V4+ |
| Zn2+/Zn | [Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3- |
| V3+/V2+ | Ce4+/Ce3+ |
| V3+/V2+ | Mn3+/Mn2+ |
| S2 2-/S4 2- | Br-/Br3 - |
| Np4+/Np3+ | NpO2 +/NpO2 2+ |
| U4+/U3+ | UO2 +/UO2 2+ |
도 1에 묘사된 바와 같이, 전기화학 전지(110)는 애노드(112) 및 캐소드(122) 사이에 위치하며 애노드(112) 및 캐소드(122)과 전기화학적으로 연동되는 이온교환막(120)을 포함한다. 애노드(112)은 발전 회로(170)에 전기적으로 연결된 애노드 전도부(116)를 포함하여, 전자가 애노드(112) 및 발전 회로(170) 사이에서 흐를 수 있다. 애노드(112)은 또한, 애노드 전해액 탱크(130)에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 수용부(114)를 포함하여, 제1 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152) 및 애노드 전해액 용액이 애노드 전해액 탱크(130) 및 애노드(112)의 애노드 전해액 수용부(114) 사이에서 흐를 수 있다. 애노드 전해액 용액이 애노드 전해액 수용부(114) 내에 위치할 때, 애노드 전해액 용액은 이온교환막(120) 및 애노드 전도부(116)와 전기화학적으로 접촉할 수 있다.
캐소드(122)은 발전 회로(170)에 전기적으로 연결된 캐소드 전도부(126)를 포함하여 전자가 캐소드(122) 및 발전 회로(170) 사이에서 흐를 수 있다. 캐소드(122)은 또한, 캐소드 전해액 탱크(140)에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 수용부(124)를 포함하여, 제1 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156, 158) 및 캐소드 전해액 용액이 캐소드 전해액 탱크(140) 및 캐소드(122)의 캐소드 전해액 수용부(124) 사이에서 흐를 수 있다. 캐소드 전해액 용액이 캐소드 전해액 수용부(124) 내에 위치할 때, 캐소드 전해액 용액은 이온교환막(120) 및 캐소드 전도부(126)와 전기화학적으로 접촉할 수 있다.
이온교환막(120)은 고체 상태의 양성자 전도성 물질, 예를 들어, 나피온(Nafion®), 나피온(Nafion®) 117, 플레미온(Flemion®), 푸마펨(Fumapem®), 아시플렉스(Aciplex®), 다우(Dow®) 물질, 셀레미온(Selemion®), TPS®, 고어(Gore®) L01854, 고어(Gore®) M04494, ABT3, ABT4, SZ, 하이포어(Hipore®), SPEEK, 나피온(Nafion®)/SPEEK, PSSS, SPTK, 라델(Radel®), PVDF-PSSA, ETFE-PDMAEMA, SPEEK/TPA, TPA/PP, SPEEK/PTFE, SPEEK/PFSA, PBI, PSf-ABIm, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르 중합체 등을 포함할 수 있다. 이온교환막(120)은 전기화학 전지(110) 내에 위치하며, 애노드(112)의 애노드 전해액 수용부(114)와 캐소드(122)의 캐소드 전해액 수용부(124) 사이에 물리적 장벽을 제공할 수 있다. 나아가, 이온교환막(120)은 애노드(112) 및 캐소드(122) 사이에 양성자 경로(108)를 제공하도록 구조적으로 구성되어, 양성자가 애노드(112) 및 캐소드(122) 사이를 흐를 수 있어 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 방전 동작 및 충전 동작 중에 애노드(112) 및 캐소드(122) 내에서 산화 및 환원 반응을 촉진할 수 있다.
나아가, 이온교환막(120)의 양성자 경로(108)는 애노드(112), 발전 회로(170) 및 캐소드(122) 사이에서 회로를 폐쇄할 수 있어, 산화 및 환원 반응이 애노드(112) 및 캐소드(122) 사이의 전자 흐름 및 발전 회로(170)를 통과하는 전자 흐름을 발생시킬 수 있고, 애노드(112) 및 캐소드(122) 사이의 양성자 흐름 및 이온교환막(120)을 통과하는 양성자 흐름을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 방전 동작 중에, 양성자는 캐소드(122)으로부터 애노드(112)으로 양성자 방전 흐름 방향(104)으로 이온교환막(120)이 제공한 양성자 경로(108)를 가로지를 수 있고, 충전 동작 중에, 양성자는 애노드(112)으로부터 캐소드(122)으로 양성자 충전 흐름 방향(105)으로 이온교환막(120)의 양성자 경로(108)를 가로지를 수 있다.
계속하여 도 1을 참조하면, 발전 회로(170)는 발전 유닛(174)을 포함한다. 회로 경로(172)는 애노드(112), 발전 유닛(174) 및 캐소드(122)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 회로 경로(172)는 애노드(112) 및 발전 유닛(174) 사이에서 연장될 수 있고 애노드(112) 및 발전 유닛(174)을 전기적으로 연결할 수 있으며, 회로 경로는 캐소드(122) 및 발전 유닛(174) 사이에서 연장될 수 있고 캐소드(122) 및 발전 유닛(174)을 전기적으로 연결할 수 있다. 발전 유닛(174)은 전원 및 전기 부하를 포함할 수 있다. 발전 유닛(174)은 애노드(112)에 의한 전자 출력에 의해 생성된 전류를 수용하도록, 그리고 전류 수용 시 전기를 생성하도록 구조적으로 구성된다. 발전 유닛(174)은 또한, 애노드(112)이 수용할 수 있는 전류를 출력하도록 구조적으로 구성되어 애노드 전해액 용액 및 캐소드 전해액 용액을 충전한다.
제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150) 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)는 각각 애노드 전해액 용액의 활성 물질을 끌어당기고 애노드 전해액 용액의 활성 물질을 화학적으로 연동시키도록 조성적으로 구성된다. 예를 들어, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)는, 복수의 방전된 또는 충전된 애노드 전해액 활성 물질 중 하나를 끌어당겨 화학적으로 연동시키도록 조성적으로 구성될 수 있고, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)는 복수의 방전된 또는 충전된 애노드 전해액 활성 물질 중 나머지를 끌어당겨 화학적으로 연동시키도록 조성적으로 구성될 수 있어, 예를 들어, 애노드 전해액 탱크(130) 내에서 복수의 충전된 애노드 전해액 활성 물질과 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 분리한다.
나아가, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154) 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)는 각각 캐소드 전해액 용액의 활성 물질을 끌어당기고 캐소드 전해액 용액을 화학적으로 연동시키도록 조성적으로 구성된다. 예를 들어, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)는 복수의 방전된 또는 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 중 하나를 끌어당겨 화학적으로 연동시키도록 조성적으로 구성될 수 있고, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)는 복수의 방전된 또는 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 중 나머지를 끌어당겨 화학적으로 연동시키도록 조성적으로 구성될 수 있어, 예를 들어, 복수의 충전된 캐소드 전해액 활성 물질과 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 분리한다.
이제 도 2를 참조하면, 도 1의 제1 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152) 및 제1 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154, 156)은 각각 복수의 슬러리 결정립(160)을 포함할 수 있다. 각각의 슬러리 결정립(160)은 불활성 코어(162) 및 불활성 코어(162)와 화학적으로 연동된 한 개 이상의 활성 입자(166)를 포함한다. 불활성 코어(162)는 유기 입자, 무기 입자 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 불활성 코어(162)는 알루미나, 실리카, 탄화규소, 지르코니아, 세리아, 중합체 입자, 단일 산화금속, 혼합 산화금속, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다고 생각된다. 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)의 슬러리 결정립(160)의 불활성 코어(162)는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)의 슬러리 결정립(160)의 불활성 코어(162)보다 더 낮은 밀도를 가질 수 있어, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)가 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152) 위에 뜰 수 있다. 나아가, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)의 슬러리 결정립(160)의 불활성 코어(162)는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)의 슬러리 결정립(160)의 불활성 코어(162)보다 더 낮은 밀도를 가질 수 있어, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)가 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156) 위에 뜰 수 있다.
도 2에 묘사된 바와 같이, 슬러리 결정립(160)은 불활성 코어(162)의 표면을 따라 위치한 하나 이상의 기능화된 표면 영역(164) 및 하나 이상의 기능화된 표면 영역(164)에서 불활성 코어(162)와 화학적으로 연동된 하나 이상의 활성 입자(166)를 더 포함한다. 기능화된 표면 영역(164)은 예를 들어, 화학기능화 방법과 같은 기능화 방법을 이용하여, 활성 입자(166)의 하나 이상의 기능 기와 결합하도록 화학적으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 활성 입자(166)는 금속, 예를 들어, Cu, 산화금속, 예를 들어, ZrO2, 혼합 금속, 예를 들어, Cu-Zn, 혼합 산화금속, 예를 들어, TiO2-ZrO2, 도핑된 금속, 예를 들어, Y2O3-ZrO2, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다고 생각된다. 나아가, 하나 이상의 활성 입자(166)는 방전된 또는 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 및 방전된 또는 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 끌어당기고 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성된다. 또한, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)의 하나 이상의 활성 입자(166)는 제2 캐리어 슬러리(152)의 하나 이상의 활성 입자(166)와 상이한 전기 음성도를 포함할 수 있고, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)의 하나 이상의 활성 입자(166)는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)의 하나 이상의 활성 입자(166)와 상이한 전기 음성도를 포함할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 제1 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152)는 섞이지 않아, 애노드 전해액 탱크(130) 내에 수용될 때 제1 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152)가 분리된다. 나아가, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)의 밀도보다 작은 밀도를 포함하여, 제1 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152)가 애노드 전해액 탱크(130) 내에 수용될 때 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)가 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152) 위에 뜬다. 또한, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함하여, 제1 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152) 중 하나가 애노드 전해액 용액의 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고, 제1 및 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152) 중 나머지가 애노드 전해액 용액의 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당긴다.
예를 들어, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)의 전기 음성도는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)의 전기 음성도보다 클 수 있어, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)가 복수의 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)가 복수의 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고, 복수의 방전된 애노드 전해액 활성 물질이 복수의 충전된 애노드 전해액 활성 물질 위에 뜬다. 또한, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)의 전기 음성도는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)의 전기 음성도보다 작을 수 있어, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)가 복수의 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)가 복수의 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고, 복수의 충전된 애노드 전해액 활성 물질이 복수의 방전된 애노드 전해액 활성 물질 위에 뜬다.
제1 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154, 156)는 섞이지 않아, 캐소드 전해액 탱크(140) 내에 수용될 때 제1 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154, 156)가 분리된다. 나아가, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)의 밀도보다 작은 밀도를 포함하여, 제1 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154, 156)가 캐소드 전해액 탱크(140) 내에 수용될 때 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)가 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156) 위에 뜬다. 또한, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함하여, 제1 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154, 156) 중 하나가 캐소드 전해액 용액의 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고, 제1 및 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154, 156) 중 나머지가 캐소드 전해액 용액의 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당긴다.
예를 들어, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)의 전기 음성도는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)의 전기 음성도보다 클 수 있어, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)가 복수의 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)가 복수의 방전된 캐소드 전해액을 전기화학적으로 끌어당기고, 복수의 충전된 캐소드 전해액 활성 물질이 복수의 방전된 캐소드 전해액 활성 물질 위에 뜬다. 또한, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)의 전기 음성도는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)의 전기 음성도보다 작을 수 있어, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)가 복수의 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)가 복수의 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고, 복수의 방전된 캐소드 전해액 활성 물질이 복수의 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 위에 뜬다.
다시 도 1을 참조하면, 애노드 전해액 탱크(130)는 각각 애노드(112)에 유체 흐름 가능하게 연결된, 애노드 전해액 상단부(132) 및 애노드 전해액 하단부(134)를 포함한다. 저밀도 애노드 전해액 경로(136)는 애노드 전해액 탱크(130)의 애노드 전해액 상단부(132) 및 애노드(112) 사이에서 연장되고 애노드 전해액 탱크(130)의 애노드 전해액 상단부(132) 및 애노드(112)을 유체 흐름 가능하게 연결하며, 고밀도 애노드 전해액 경로(138)는 애노드 전해액 탱크(130)의 애노드 전해액 하단부(134) 및 애노드(112) 사이에서 연장되고 애노드 전해액 탱크(130)의 애노드 전해액 하단부(134) 및 애노드(112)을 유체 흐름 가능하게 연결한다. 저밀도 애노드 전해액 경로(136) 및 고밀도 애노드 전해액 경로 (138) 각각은 튜브, 파이프 또는 기타 유체 경로 메커니즘을 포함한다. 애노드 전해액 펌프(139)는 저밀도 애노드 전해액 경로(136) 또는 고밀도 애노드 전해액 경로(138) 중 하나에 유체 흐름 가능하게 연결된다. 애노드 전해액 펌프(139)는 임의의 유체 펌핑 메커니즘을 포함하고, 애노드 전해액 탱크(130) 및 애노드(112) 사이에서 유체 흐름을 발생시키도록 구조적으로 구성된다. 도 1에 묘사된 애노드 전해액 펌프(139)는 저밀도 애노드 전해액 경로(136)에 유체 흐름 가능하게 연결되지만, 애노드 전해액 펌프(139)는 고밀도 애노드 전해액 경로(138)에 유체 흐름 가능하게 연결될 수 있거나 다수의 애노드 전해액 펌프(139)가 저밀도 애노드 전해액 경로(136) 또는 고밀도 애노드 전해액 경로(138) 중 하나 또는 둘 모두에 유체 흐름 가능하게 연결될 수 있다.
캐소드 전해액 탱크(140)는 각각 캐소드(122)에 유체 흐름 가능하게 연결된, 캐소드 전해액 상단부(142) 및 캐소드 전해액 하단부(144)를 포함한다. 저밀도 캐소드 전해액 경로(146)는 캐소드 전해액 탱크(140)의 캐소드 전해액 상단부(142) 및 캐소드(122) 사이에서 연장되고 캐소드 전해액 탱크(140)의 캐소드 전해액 상단부(142) 및 캐소드(122)을 유체 흐름 가능하게 연결하며, 고밀도 캐소드 전해액 경로(148)는 캐소드 전해액 탱크(140)의 캐소드 전해액 하단부(144) 및 캐소드(122) 사이에서 연장되고 캐소드 전해액 탱크(140)의 캐소드 전해액 하단부(144) 및 캐소드(122)을 유체 흐름 가능하게 연결한다. 저밀도 캐소드 전해액 경로(146) 및 고밀도 캐소드 전해액 경로(148)는 튜브, 또는 임의의 기타 유체 경로를 포함할 수 있다. 캐소드 전해액 펌프(149)는 저밀도 캐소드 전해액 경로(146) 또는 고밀도 캐소드 전해액 경로(148) 중 하나에 유체 흐름 가능하게 연결된다. 캐소드 전해액 펌프(149)는 임의의 유체 펌핑 메커니즘을 포함하고, 캐소드 전해액 탱크(140) 및 캐소드(122) 사이에서 유체 흐름을 발생시키도록 구조적으로 구성된다. 도 1에 묘사된 캐소드 전해액 펌프(149)는 저밀도 캐소드 전해액 경로(146)에 유체 흐름 가능하게 연결되지만, 캐소드 전해액 펌프(149)는 고밀도 캐소드 전해액 경로(148)에 유체 흐름 가능하게 연결될 수 있거나 다수의 캐소드 전해액 펌프(149)가 저밀도 캐소드 전해액 경로(146) 또는 고밀도 캐소드 전해액 경로(148) 중 하나 또는 둘 모두에 연결될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 방전 동작 중에 애노드(112)은 제1 또는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152)와 화학적으로 연동된 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 수용할 수 있다. 애노드(112)은 또한, 이온교환막(120)에 의해 형성된 양성자 경로(108)로부터 캐소드(122)에 의한 양성자 출력을 수용하여 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 산화시킬 수 있고, 애노드(112)에서 제1 또는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152)로부터 산화된 활성 물질을 화학적으로 분리할 수 있다. 산화될 때, 충전된 애노드 전해액 활성 물질은 애노드 전도부(116)가 수용할 수 있는 전자를 출력하여, 전자가 전자 방전 방향(106)으로 회로 경로(172)를 따라 발전 회로(170)까지 흐른다. 또한, 산화 후, 이전에 충전된 애노드 전해액 활성 물질은 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 포함하며, 애노드(112)으로부터 다시 애노드 전해액 탱크(130)로 흐른다.
나아가, 방전 동작 중에, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)는 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되고 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)는 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되어 방전된 애노드 전해액 활성 물질이 충전된 애노드 전해액 활성 물질 위에 뜰 때, 애노드 전해액 펌프(139)는 제1 흐름 방향(102)으로 애노드 전해액 하단부(134)에서 애노드(112)으로, 그리고 애노드(112)에서 애노드 전해액 상단부(132)로 유체 흐름을 발생시킬 수 있다. 따라서, 고밀도 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)와 화학적으로 연동된 충전된 애노드 전해액 활성 물질은 고밀도 애노드 전해액 경로(138)를 따라 제1 흐름 방향(102)으로 애노드 전해액 하단부(134)에서 애노드(112)으로 흐를 수 있어, 애노드(112)에 산화 및 방전을 거치도록 조성적으로 구성된 충전된 애노드 전해액 활성 물질이 채워진다.
산화 후, 이제 방전된 애노드 전해액 활성 물질은 저밀도 애노드 전해액 경로(136)를 따라 제1 흐름 방향(102)으로 애노드(112)에서 애노드 전해액 상단부(132)까지 흐를 수 있어, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152) 위에 뜨는 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)가 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동할 수 있다. 또한, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)는 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 화학적으로 끌어당겨 연동하도록 조성적으로 구성되고 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)는 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 화학적으로 끌어당겨 연동하도록 조성적으로 구성되어 충전된 애노드 전해액 활성 물질이 방전된 애노드 전해액 활성 물질 위에 뜰 때, 애노드 전해액 펌프(139)는 제2 흐름 방향(103)으로 애노드 전해액 상단부(132)에서 애노드(112)으로, 그리고 애노드(112)에서 애노드 전해액 하단부(134)로 유체 흐름을 발생시킬 수 있다.
방전 동작 중에, 캐소드(122)은 제1 또는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154, 156)와 화학적으로 연동된 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 수용할 수 있다. 캐소드(122)은 또한, 발전 회로(170)로부터 전자를 수용하여 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 환원시킬 수 있고, 제1 또는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154, 156)로부터 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 화학적으로 분리할 수 있다. 환원될 때, 충전된 캐소드 전해액 활성 물질은 이온교환막(120)의 양성자 경로(108)가 수용할 수 있는 양성자(예를 들어, 애노드(112)이 수용한 양성자)를 출력한다. 또한, 환원 후, 이전에 충전된 캐소드 전해액 활성 물질은 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 포함하며, 캐소드(122)으로부터 다시 캐소드 전해액 탱크(140)로 흐른다.
나아가, 방전 동작 중에, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)는 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되고 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)는 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되어 방전된 애노드 전해액 활성 물질이 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 위에 뜰 때, 캐소드 전해액 펌프(149)는 제1 흐름 방향(102)으로 캐소드 전해액 하단부(144)에서 캐소드(122)으로, 그리고 캐소드(122)에서 캐소드 전해액 상단부(142)로 유체 흐름을 발생시킬 수 있다. 따라서, 고밀도 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)와 화학적으로 연동된 충전된 캐소드 전해액 활성 물질은, 고밀도 캐소드 전해액 경로(148)를 따라 제1 흐름 방향(102)으로 캐소드 전해액 하단부(144)에서 캐소드(122)으로 흐를 수 있어, 캐소드(122)에 환원 및 방전을 거치도록 조성적으로 구성된 충전된 캐소드 전해액 활성 물질이 채워진다.
환원 후, 이제 방전된 캐소드 전해액 활성 물질은 저밀도 캐소드 전해액 경로(146)를 따라 제1 흐름 방향(102)으로 캐소드(122)에서 캐소드 전해액 상단부(142)까지 흐를 수 있어, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156) 위에 뜨는 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)가 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동할 수 있다. 또한, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)는 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되고 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)는 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되어 충전된 캐소드 전해액 활성 물질이 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 위에 뜰 때, 캐소드 전해액 펌프(149)는 제2 흐름 방향(103)으로 캐소드 전해액 상단부(142)에서 캐소드(122)으로, 그리고 캐소드(122)에서 캐소드 전해액 하단부(144)로 유체 흐름을 발생시킬 수 있다.
여전히 도 1을 참조하면, 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 충전 동작 중에 애노드(112)은 제1 또는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152)와 화학적으로 연동된 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 수용할 수 있다. 애노드(112)은 또한, 발전 회로(170)로부터 전자를 수용하여 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 환원시킬 수 있고, 제1 또는 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152)로부터 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 화학적으로 분리할 수 있다. 환원될 때, 방전된 애노드 전해액 활성 물질은 이온교환막(120)의 양성자 경로(108)가 수용할 수 있는 양성자를 출력한다. 또한, 환원 후, 이전에 방전된 애노드 전해액 활성 물질은 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 포함하며, 애노드(112)으로부터 다시 애노드 전해액 탱크(130)로 흐른다.
나아가, 충전 동작 중에, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)는 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되고 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)는 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되어 방전된 애노드 전해액 활성 물질이 충전된 애노드 전해액 활성 물질 위에 뜰 때, 애노드 전해액 펌프(139)는 제2 흐름 방향(103)으로 애노드 전해액 상단부(132)에서 애노드(112)으로, 그리고 애노드(112)에서 애노드 전해액 하단부(134)로 유체 흐름을 발생시킬 수 있다. 따라서, 저밀도 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)와 화학적으로 연동된 방전된 애노드 전해액 활성 물질은 저밀도 애노드 전해액 경로(136)를 따라 제2 흐름 방향(103)으로 애노드 전해액 상단부(132)에서 애노드(112)으로 흐를 수 있어, 애노드(112)에 환원 및 충전을 거치도록 조성적으로 구성된 방전된 애노드 전해액 활성 물질이 채워진다.
환원 후, 이제 충전된 애노드 전해액 활성 물질은, 고밀도 애노드 전해액 경로(138)를 따라 제2 흐름 방향(103)으로 애노드(112)에서 애노드 전해액 하단부(134)까지 흐를 수 있어, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150) 아래에 위치한 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)가 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동할 수 있다. 또한, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리(150)는 충전된 애노드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되고 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리(152)는 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되어 충전된 애노드 전해액 활성 물질이 방전된 애노드 전해액 활성 물질 위에 뜰 때, 애노드 전해액 펌프(139)는 제1 흐름 방향(102)으로 애노드 전해액 상단부(132)에서 애노드(112)으로, 그리고 애노드(112)에서 애노드 전해액 하단부(134)로 유체 흐름을 발생시킬 수 있다.
충전 동작 중에, 캐소드(122)은 제1 또는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154, 156)와 화학적으로 연동된 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 수용할 수 있다. 캐소드(122)은 또한, 이온교환막(120)에 의해 형성된 양성자 경로(108)로부터 애노드(112)에 의한 양성자 출력을 수용하여 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 산화시킬 수 있고, 캐소드(122)에서 제1 또는 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154, 156)로부터 산화된 활성 물질을 화학적으로 분리할 수 있다. 산화될 때, 방전된 캐소드 전해액 활성 물질은 캐소드 전도부(126)가 수용할 수 있는 전자를 출력하여, 전자가 전자 충전 방향(107)으로 회로 경로(172)를 따라 발전 회로(170)까지 흐른다. 또한, 산화 후, 이전에 방전된 캐소드 전해액 활성 물질은 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 포함하며, 캐소드(122)으로부터 다시 캐소드 전해액 탱크(140)로 흐른다.
나아가, 충전 동작 중에, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)는 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되고 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)는 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되어 방전된 캐소드 전해액 활성 물질이 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 위에 뜰 때, 캐소드 전해액 펌프(149)는 제2 흐름 방향(103)으로 캐소드 전해액 상단부(142)에서 캐소드(122)으로, 그리고 캐소드(122)에서 캐소드 전해액 하단부(144)로 유체 흐름을 발생시킬 수 있다. 따라서, 저밀도 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)와 화학적으로 연동된 방전된 캐소드 전해액 활성 물질은 저밀도 캐소드 전해액 경로(146)를 따라 제2 흐름 방향(103)으로 캐소드 전해액 상단부(142)에서 캐소드(122)으로 흐를 수 있어, 캐소드(122)에 산화 및 충전을 거치도록 조성적으로 구성된 방전된 캐소드 전해액 활성 물질이 채워진다.
산화 후, 이제 충전된 캐소드 전해액 활성 물질은 고밀도 캐소드 전해액 경로(148)를 따라 제2 흐름 방향(103)으로 캐소드(122)에서 캐소드 전해액 하단부(144)까지 흐를 수 있어, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154) 아래에 위치한 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)가 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동할 수 있다. 또한, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(154)는 충전된 캐소드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되고 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(156)는 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 끌어당겨 화학적으로 연동하도록 조성적으로 구성되어 충전된 캐소드 전해액 활성 물질이 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 위에 뜰 때, 캐소드 전해액 펌프(149)는 제1 흐름 방향(102)으로 캐소드 전해액 상단부(142)에서 캐소드(122)으로, 그리고 캐소드(122)에서 캐소드 전해액 하단부(144)로 유체 흐름을 발생시킬 수 있다.
작동에 있어서, 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 작동 중에는, 애노드(112) 내부의 반응물 애노드 전해액 활성 물질 및 캐소드(122) 내부의 반응물 캐소드 전해액 활성 물질의 증가된 농도가 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 전기화학적 손실을 감소시킨다. 예를 들어, 흐름 레독스 전지 시스템(100) 방전 시, 충전된 애노드 전해액 활성 물질은 반응물 애노드 전해액 활성 물질이고, 충전된 캐소드 전해액 활성 물질은 반응물 캐소드 전해액 활성 물질이며, 흐름 레독스 전지 시스템(100) 충전 시, 방전된 애노드 전해액 활성 물질은 반응물 애노드 전해액 활성 물질이고, 방전된 캐소드 전해액 활성 물질이 반응물 캐소드 전해액 활성 물질이다. 따라서, 애노드 전해액 탱크(130) 내에서의 충전된 애노드 전해액 활성 물질과 방전된 애노드 전해액 활성 물질의 분리와 캐소드 전해액 탱크(140) 내에서의 충전된 캐소드 전해액 물질과 방전된 캐소드 전해액 활성 물질의 분리 및 반응물 애노드 전해액 활성 물질의 애노드(112)으로의 선택적 펌핑 및 반응물 캐소드 전해액 활성 물질의 캐소드(122)으로의 선택적 펌핑은 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 전기화학적 손실을 감소시켜 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 효율성을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 흐름 레독스 전지 시스템(100)은 개방 회로 전압 Voc, 또는 개방 회로 조건 하에서 예를 들어, 발전 회로(170)에 영전류가 존재할 때, 흐름 레독스 전지 시스템(100)에 의해 생성될 수 있는 최대 전압인 기전력(electromotive force, EMF)을 포함한다. 개방 회로 전압 Voc는 전기화학 전지(110)에서의 환원 및 산화 반응, 애노드(112)에서의 반응물 애노드 전해액 활성 물질의 농도 및 캐소드(122)에서의 반응물 캐소드 전해액 활성 물질의 농도(네른스트 전압) 및 작동 온도에 의해 영향 받는다.
흐름 레독스 전지 시스템(100)의 개방 회로 전압 Voc는 
(여기서, 
은 애노드(112) 및 캐소드(122) 사이의 가역적인 최대 전압이고, R은 보편 기체 상수이고, T는 전기화학 전지(110)의 작동 온도이며, n은 전기화학 전지(110) 레독스 반쪽 반응에서 이동된 전자의 몰 수, 예를 들어, 회로 경로(172)를 따라 애노드 전해액 용액과 캐소드 전해액 용액 사이에서 이동된 전자의 몰 수이고, F는 패러데이 상수로서, 96485 쿨롱/mol이며, 
는 산화제 종(예를 들어, 방전 동작 중에는 애노드 전해액 용액 또는 충전 동작 중에는 캐소드 전해액 용액)의 활성이고, 
는 환원제 종(예를 들어, 충전 동작 중에는 애노드 전해액 용액 또는 방전 동작 중에는 캐소드 전해액 용액)의 활성임)로서 수학적으로 설명할 수 있다.
활성 비율 
은 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 방전 또는 충전 시 바뀐다. 예를 들어, 활성 비율은 완전 충전에서 최대화된다. 나아가, 활성 비율은 더 낮은 충전에서 감소되는데, 반응물 활성 물질의 농도가 감소하고 비 반응물 활성 물질의 농도가 증가하기 때문이며, 이는 개방 회로 전압 Voc를 감소시킬 수 있다. 따라서, 각각의 애노드 전해액 용액 및 캐소드 전해액 용액에서 충전 및 방전된 애노드 전해액 활성 물질 및 캐소드 전해액 활성 물질을 분리하면 전기화학 전지(110) 내의 반응물 활성 물질의 농도를 최대화할 수 있고, 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 개방 회로 전압 Voc를 증가시킬 수 있다.
설명을 위한 예로, 애노드 전해액 용액이 바나듐을 포함할 때, 복수의 충전된 애노드 전해액 활성 물질은 각각 
를 포함할 수 있고, 복수의 방전된 애노드 전해액 활성 물질은 각각 
를 포함할 수 있다. 방전 동작 중에, 애노드(112)에서의 산화 반응은 
로서 화학적으로 설명할 수 있다. 애노드(112)에서, 충전된 애노드 전해액 활성 물질 
은 방전된 애노드 전해액 활성 물질 
로 산화되고, 전자 
가 발전 회로(170)의 회로 경로(172) 내로 출력된다. 약 25℃에서 애노드(112)에서 생성된 전압(
)은 약 -0.26 V일 수 있다. 나아가, 충전 동작 중에, 애노드(112)에서의 환원 반응은 
로서 화학적으로 설명할 수 있음이 이해된다.
캐소드 전해액 용액이 바나듐을 포함할 때, 복수의 충전된 캐소드 전해액 활성 물질은 각각 
(예를 들어, 
)를 포함할 수 있고, 복수의 방전된 캐소드 전해액 활성 물질은 각각 
(예를 들어, 
)를 포함할 수 있다. 방전 동작 중에, 캐소드(122)에서의 환원 반응은 
로서 화학적으로 설명할 수 있다. 캐소드(122)에서, 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 
(
)은 발전 회로(170)의 회로 경로(172)로부터 전자 
, 예를 들어, 산화 반응 중에 애노드(112)에 의해 출력된 전자 
수용 시 방전된 캐소드 전해액 활성 물질 
(
)로 환원된다. 약 25℃에서 캐소드(122)에서 생성된 전압(
)은 약 1.0 V와 동일하다. 나아가, 충전 동작 중에, 캐소드(122)에서의 환원 반응은 
로서 화학적으로 설명할 수 있음이 이해된다.
또한, 애노드(112)의 전극 전위(
)는 
로서 수학적으로 설명할 수 있고, 캐소드(122)의 전극 전위(
)는 
로서 수학적으로 설명할 수 있다. 따라서, 전기화학 전지(110)의 전체 전압(
)은 
로서 수학적으로 설명될 수 있으며, 여기서 
는 전기화학 전지(110)의 충전된 캐소드 전해액 활성 물질의 농도, 
는 전기화학 전지(110)의 방전된 캐소드 전해액 활성 물질의 농도, 
는 전기화학 전지(110)의 충전된 애노드 전해액 활성 물질의 농도, 
는 전기화학 전지(110)의 방전된 애노드 전해액 활성 물질의 농도 및 
는 전기화학 전지(110)의 
양성자의 농도이다.
전기화학 전지(110)은 또한, 도난(Donnan) 과전위 
를 포함하는데, 이것은 애노드(112)과 캐소드(122) 사이의 
양성자 농도 차이에 의한 이온교환막(120)의 양성자 경로(108)를 따라 생성된다. 도난 과전위는 
로서 수학적으로 설명할 수 있는데, 여기서 
는 캐소드(122)에서의 
양성자의 농도이고, 
는 애노드(112)에서의 
양성자의 농도이다. 따라서, 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 전체 개방 회로 전압(
)은 
로서 수학적으로 설명할 수 있다.
나아가, 흐름 레독스 전지 시스템(100) 내부에 남아 있는 전하량은 충전 상태(state of charge, SOC)이고, 
에 의해 수학적으로 표현될 수 있는데, 여기서 
는 애노드 전해액 용액 및 캐소드 전해액 용액을 총괄하여 그 안의 바나듐 농도이고, 
는 애노드(112) 또는 캐소드(122)의 
양성자의 농도 변화, 예를 들어, 본래의 
양성자 농도와 현재의 
양성자 사이의 차이이다. 따라서, 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 전체 개방 회로 전압(
)은 
로서, 충전 상태
에 대하여 수학적으로 표현될 수 있다.
애노드 전해액 탱크(130) 및 캐소드 전해액 탱크(140) 내부에서 각각 충전 및 방전된 애노드 전해액 활성 물질 및 충전 및 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 분리하는 것은 반응물 활성 물질이 다시 각각 애노드 전해액 탱크(130) 및 캐소드 전해액 탱크(140)로 재순환되는 것을 최소화할 수 있고, 전기화학 전지(110)로 도입되는 비 반응물 활성 물질의 양을 최소화할 수 있다. 이것은 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 개방 회로 전압을 증가시키는데, 이는
및 
에 의해 수학적으로 설명된 바에 따라 생성물인 반응물 활성 물질의 농도가 작동 중에 일정할 수 있기 때문이며, 여기서 α는 각각 애노드 전해액 탱크(130) 및 캐소드 전해액 탱크(140)로 다시 재순환된 반응물 활성 물질의 백분율이고, 
및 
는 각각 반응물 활성 물질의 초기 (완전 충전) 농도이다. 따라서, 충전 상태 
는 
로 수학적으로 설명할 수 있고, 개방 회로 전압은 
로 수학적으로 설명할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 SOC 백분율에 대한 개방 회로 전압(
)을 보여주는 그래프(190)가 도시되어 있다. "혼합 활성 물질"로 라벨링된 곡선(194)은 애노드 전해액 캐리어 슬러리 또는 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152, 154, 156)가 없어 충전 및 방전된 애노드 전해액 활성 물질이 애노드 전해액 탱크(130) 및 애노드(112) 내에서 혼합되고 충전 및 방전된 캐소드 전해액 활성 물질이 캐소드 전해액 탱크(140) 및 캐소드(122) 내에서 혼합되는 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 SOC 백분율에 대한 개방 회로 전압(
)을 도시한 것이다. "캐리어 슬러리 분리 활성 물질"로 라벨링된 곡선(192)은, 위에 기술된 바와 같이, 애노드 전해액 및 캐소드 전해액 캐리어 슬러리(150, 152, 154, 156)을 이용하여 애노드 전해액 탱크(130) 내의 충전 및 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 분리하고 캐소드 전해액 탱크(140) 내의 충전 및 방전된 캐소드 전해액 활성 물질을 분리하는 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 SOC 백분율에 대한 개방 회로 전압(
)을 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 곡선(192)은 곡선(194)과 비교할 때, 흐름 레독스 전지 시스템(100)의 모든 SOC 백분율에서 더 높은 개방 회로 전압(
)을 보여준다. 나아가, SOC 백분율이 감소됨에 따라, 곡선(192)과 곡선(194)의 개방 회로 전압 사이의 간격은 늘어난다.
특별한 성질을 구현하기 위해 또는 특별한 방식으로 기능하기 위해, 특별한 방식으로 "구성되는" 본 개시의 구성요소에 대한 설명은 의도했던 용도에 대한 설명과는 반대로, 구조적인 설명임을 유의해야 한다. 더욱 구체적으로는, 구성요소가 "구성되는" 방식에 대한 본 설명의 언급은 구성요소의 현존하는 물리적 상태를 나타내며, 그와 같이, 구성요소의 구조적인 특징을 명확하게 설명하는 것으로 취급되어야 한다.
본 발명을 기술하고 정의하기 위해, 용어 "약"은 임의의 정량적 비교, 값, 측정 또는 기타 표현에 기인할 수 있는, 내재하는 불확실성 정도를 나타내기 위해 본 설명에 사용된 것임을 유의해야 한다. 용어 "약"은 또한, 정량적 표현이 문제가 되는 대상의 기본 기능을 변화시키지 않으면서 명시된 기준과 상이할 수 있는 정도를 나타내기 위해 본 설명에 사용된다.
본 개시의 대상을 상세하게, 그리고 이의 특정 구현예를 참조하여 설명하였지만, 본 설명에 개시된 다양한 세부 사항은 이들 세부 사항이 본 설명에 기술된 다양한 구현예의 필수 구성성분인 요소에 관한 것임을 의미하는 것으로 받아들여서는 안 되며, 특정 요소가 본 설명에 수반되는 각 도면에 도시되어 있는 경우에도 마찬가지이다. 나아가, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 첨부된 청구 범위에 정의된 구현예를 포함하나 이에 한정되지 않는 수정 및 변형이 가능하다는 점은 명백할 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 개시의 일부 양태가 본 설명에서 바람직한 것으로서 또는 특별히 유리한 것으로서 확인됨에도 불구하고, 본 개시가 반드시 이들 양태에 한정되는 것은 아님이 고려된다.
다음 청구항 중 하나 이상은 용어 "wherein"을 연결구로서 사용함을 유의해야 한다. 본 발명을 정의하기 위해, 이 용어는 구조의 일련의 특징에 대한 설명을 도입하기 위해 사용되는 개방형 연결구로서 청구항에 도입되며, 보다 일반적으로 사용되는 개방형 전제부 용어인 "포함하는(comprising)"과 마찬가지 방식으로 해석되어야 함을 유의해야 한다.
Claims (20)
- 전기화학 전지, 애노드 전해액 탱크, 캐소드 전해액 탱크, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 및 발전 회로를 포함하는 흐름 레독스 전지 시스템에 있어서,
상기 전기화학 전지는 상기 애노드 와 상기 캐소드 사이에 위치하며 상기 애노드 및 상기 캐소드와 전기화학적으로 연동되는 이온교환막을 포함하고;
상기 발전 회로는 상기 애노드 및 상기 캐소드에 전기적으로 연결되고;
상기 애노드 전해액 탱크는 상기 애노드에 유체 흐름 가능하게(fluidly) 연결된 상기 애노드 전해액 상단부 및 상기 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 상기 애노드 전해액 하단부를 포함하고;
상기 캐소드 전해액 탱크는 상기 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 상단부 및 상기 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 하단부를 포함하고;
상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리는 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도 및 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함하고; 및
상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리는 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도 및 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함하는, 흐름 레독스 전지 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리는, 상기 제1 및 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 상기 애노드 전해액 탱크 내에 수용될 때, 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리 위에 뜨는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도는 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도보다 커서 상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 방전된 상기 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 충전된 상기 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도는 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도보다 작아 상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 충전된 상기 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 방전된 상기 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리는, 제1 및 제2 상기 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 상기 캐소드 전해액 탱크 내에 수용될 때, 제2 상기 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 위에 뜨는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도는 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도보다 커서 상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 충전된 상기 캐소드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 방전된 상기 캐소드 전해액을 전기화학적으로 끌어당기는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도는 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도보다 작아 상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 방전된 상기 캐소드 전해액을 전기화학적으로 끌어당기고 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 충전된 상기 캐소드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제1항에 있어서, 제1 및 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리 및 제1 및 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 각각은 복수의 슬러리 결정립(grain)을 포함하고, 각각의 슬러리 결정립은 불활성 코어 및 불활성 코어와 화학적으로 연동된 하나 이상의 활성 입자를 포함하는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 불활성 코어는 하나 이상의 기능화된 표면 영역을 포함하고, 하나 이상의 활성 입자는 상기 하나 이상의 기능화된 표면 영역에서 상기 불활성 코어와 화학적으로 연동되는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 애노드 전해액 탱크의 상기 애노드 전해액 상단부와상기 애노드 사이에서 연장되고 상기 애노드 전해액 탱크의 상기 애노드 전해액 상단부와 상기 애노드를 유체 흐름 가능하게 연결하는 저밀도 애노드 전해액 경로 및 상기 애노드 전해액 탱크의 상기 애노드 전해액 하단부와 상기 애노드 사이에서 연장되고 상기 애노드 전해액 탱크의 상기 애노드 전해액 하단부와 상기 애노드를 유체 흐름 가능하게 연결하는 고밀도 애노드 전해액 경로를 더 포함하는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 캐소드 전해액 탱크의 상기 캐소드 전해액 상단부와 상기 캐소드 사이에서 연장되고 상기 캐소드 전해액 탱크의 캐소드 전해액 상단부와 상기 캐소드를 유체 흐름 가능하게 연결하는 저밀도 캐소드 전해액 경로 및 상기 캐소드 전해액 탱크의 캐소드 전해액 하단부 와 상기 캐소드 사이에서 연장되고 상기 캐소드 전해액 탱크의 상기 캐소드 전해액 하단부 와 상기 캐소드를 유체 흐름 가능하게 연결하는 고밀도 캐소드 전해액 경로를 더 포함하는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리 및 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리와 화학적으로 연동될 수 있는 상기 애노드 전해액 용액을 더 포함하는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 애노드 전해액 용액의 하나 이상의 활성 물질은 바나듐, 크로뮴, 아연, 황, 넵투늄, 우라늄 또는 이의 조합을 포함하는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 애노드는,
상기 제1 또는 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리로부터 충전된 상기 애노드 전해액 활성 물질을 화학적으로 분리하고 충전된 상기 애노드 전해액 활성 물질을 산화시켜, 상기 제1 또는 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리와 화학적으로 연동된 충전된 상기 애노드 전해액 활성 물질 및 상기 이온교환막으로부터의 양성자 둘 모두를 수용할 때, 상기 충전된 애노드 전해액 활성 물질이 상기 발전 회로가 수용될 수 있는 전자를 출력하고; 및
상기 제1 또는 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리로부터 방전된 상기 애노드 전해액 활성 물질을 화학적으로 분리하고 상기 방전된 애노드 전해액 활성 물질을 환원시켜, 상기 제1 또는 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리와 화학적으로 연동된 방전된 상기 애노드 전해액 활성 물질 및 상기 발전 회로로부터의 전자 둘 모두를 수용할 때, 상기 방전된 애노드 전해액 활성 물질이 이온교환막이 수용할 수 있는 양성자를 출력하도록, 전기화학적으로 구성되는, 흐름 레독스 전지 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 및 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리와 화학적으로 연동될 수 있는 상기 캐소드 전해액 용액을 더 포함하는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 캐소드 전해액 용액의 하나 이상의 활성 물질은 바나듐, 브롬, 세륨, 염소, 페리시안 화합물, 페로시안 화합물, 망간, 산화넵투늄, 산화우라늄, 또는 이의 조합을 포함하는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 캐소드는,
상기 제1 또는 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리로부터 충전된 상기 캐소드 전해액 활성 물질을 화학적으로 분리하고 충전된 상기 캐소드 전해액 활성 물질을 환원시켜, 상기 제1 또는 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리와 화학적으로 연동된 상기 충전된 캐소드 전해액 활성 물질 및 상기 발전 회로로부터의 전자 둘 모두를 수용할 때, 상기 충전된 캐소드 전해액 활성 물질이 상기 이온교환막이 수용할 수 있는 양성자를 출력하고; 그리고 및
상기 제1 또는 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리로부터 방전된 상기 캐소드 전해액 활성 물질을 화학적으로 분리하고 방전된 상기 캐소드 전해액 활성 물질을 산화시켜, 상기 제1 또는 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리와 화학적으로 연동된 상기 방전된 캐소드 전해액 활성 물질 및 이온교환막으로부터의 양성자 둘 모두를 수용할 때, 상기 방전된 캐소드 전해액 활성 물질이 상기 발전 회로가 수용할 수 있는 전자를 출력하도록, 전기화학적으로 구성되는, 흐름 레독스 전지 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 이온교환막은 상기 애노드 와 상기 캐소드 사이에 양성자 경로를 제공하도록 구조적으로 구성된 고체 상태 양성자 전도 물질을 포함하는, 흐름 레독스 전지 시스템.
- 전기화학 전지, 애노드 전해액 탱크, 캐소드 전해액 탱크, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리, 애노드 전해액 용액, 캐소드 전해액 용액 및 발전 회로를 포함하는 흐름 레독스 전지 시스템에 있어서,
상기 전기화학 전지는 상기 애노드 와 상기 캐소드 사이에 위치하며 상기 애노드 및 상기 캐소드와 전기화학적으로 연동되는 이온교환막을 포함하고;
상기 발전 회로는 상기 애노드 및 상기 캐소드에 전기적으로 연결되고;
상기 애노드 전해액 탱크는 상기 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 상단부 및 상기 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 하단부를 포함하고;
상기 캐소드 전해액 탱크는 상기 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 상단부 및 상기 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 하단부를 포함하고;
상기 애노드 전해액 용액은 상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리 및 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리와 화학적으로 연동될 수 있고;
상기 캐소드 전해액 용액은 상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 및 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리와 화학적으로 연동될 수 있고;
상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리는 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도 및 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함하고;
상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리는 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도 및 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도와 상이한 전기 음성도를 포함하고;
상기 제1 및 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리 및 상기 제1 및 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 각각은 복수의 슬러리 결정립을 포함하고, 각각의 슬러리 결정립은 불활성 코어 및 불활성 코어와 화학적으로 연동된 하나 이상의 활성 입자를 포함하는, 흐름 레독스 전지 시스템. - 전기화학 전지, 애노드 전해액 탱크, 캐소드 전해액 탱크, 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리, 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리, 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 및 발전 회로를 포함하는 흐름 레독스 전지 시스템에 있어서,
상기 전기화학 전지는 상기 애노드 와 상기 캐소드 사이에 위치하며 상기 애노드 및 상기 캐소드와 전기화학적으로 연동되는 이온교환막을 포함하고;
상기 발전 회로는 상기 애노드 및 상기 캐소드에 전기적으로 연결되고;
상기 애노드 전해액 탱크는 상기 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 상단부 및 상기 애노드에 유체 흐름 가능하게 연결된 애노드 전해액 하단부를 포함하고;
상기 캐소드 전해액 탱크는 상기 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 상단부 및 상기 캐소드에 유체 흐름 가능하게 연결된 캐소드 전해액 하단부를 포함하고;
상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리는 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도를 포함하여, 상기 제1 및 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 상기 애노드 전해액 탱크 내에 수용될 때 상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리 위에 뜨고;
상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리는 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도보다 큰 전기 음성도를 포함하여, 상기 제1 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 방전된 상기 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 충전된 상기 애노드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기고;
상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리는 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 밀도보다 작은 밀도를 포함하여, 상기 제1 및 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 상기 캐소드 전해액 탱크 내에 수용될 때 상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리 위에 뜨고;
상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리는 상기 제2 캐소드 전해액 캐리어 슬러리의 전기 음성도보다 작은 전기 음성도를 포함하여, 상기 제1 캐소드 전해액 캐리어 슬러리가 방전된 상기 캐소드 전해액을 전기화학적으로 끌어당기고 상기 제2 애노드 전해액 캐리어 슬러리가 충전된 상기 캐소드 전해액 활성 물질을 전기화학적으로 끌어당기는, 흐름 레독스 전지 시스템.
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