PT1051766E - Sistema de baterias redox de fluxo e pilha de celulas - Google Patents

Description

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Descrição “Sistema de baterias redox de fluxo e pilha de células” A invenção refere-se em geral ao armazenamento de energia electroquímica renovável, por sistemas de baterias redox e, mais particularmente baterias redox secundárias de vanádio.

Os sistemas electroquímicos, devido ao seu rendimento teoricamente elevado, foram desde há muito considerados como sistemas ideais de conversão da energia. Em particular, as baterias secundárias são, por definição, candidatos extremamente interessantes para sistemas de armazenamento de energia O equilíbrio de cargas e o corte de picos, na geração de energia eléctrica, na distribuição e na utilização da mesma são áreas onde as baterias secundárias podem proporcionar soluções eficientes.

Entre as baterias secundárias, as designadas baterias redox de fluxo ou, mais abreviadamente, as baterias (de células) redox utilizam soluções para armazenar a energia; os meios físicos da célula apenas proporcionam um suporte apropriado para as reacções paralelas, de redução e oxidação (redox), em meias células, durante os dois modos de funcionamento, isto é, durante os processos de carga e de descarga. A utilização de pares redox do mesmo elemento (multivalente), isto é, para o par redox de eléctrodo negativo e o par redox do eléctrodo positivo, proporciona uma grande simplificação no tratamento e armazenamento das espécies dissolvidas. A bateria redox de fluxo de vanádio, também designada por célula redox toda de vanádio ou simplesmente célula ou bateria redox de vanádio, utiliza V(H)/V(ΠΙ) e V(IV)/V(V) como os dois pares redox, respectivamente soluções de electrólitos nas meias células negativas (por vezes designado por anólito) e positivas (por vezes

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denominadas católito).

Apareceram recentemente muitas publicações sobre a célula redox só de vanádio Ene elas, as seguintes proporcionam uma vista geral actualizada do campo das baterias secundárias, que incluem também análises comparativas de custos com sistemas de armazenamento de energia renovável alternativos, bem como entre as baterias redox de fluxo mais promissores que estão a ser desenvolvidas. # A patente GB-A-2 030 349-a apresenta um processo e um acumulador para armazenar e fornecer energia eléctrica, com base numa bateria redox de fluxo com electrólito de polímero sólido; indicam-se, como escolhas viáveis, pares redox de crómio-crómio e de vanádio-vanádio.

As patentes US 4 786 567, EP-A-0 517 217-A1, US 5 250 158, US 5 318 865, bem como os artigos seguintes: # “Improved PV System Performance Using Vanadium Batteries” by Robert L. Largent, Maria Skyllas-Kazacos and John Chieng. Proceedings IEEE, 23rd Photovoltaic Specialists Conference, Louisville, Kentucky, May 1993; “Electrochemical Energy Storages and Vanadium Redox Battery” by Maria Skylas-Kazacos, artigo não publicado, distribuído livremente, para fins de informação geral; “The Vanadium Redox Battery for Efficient Energy Storage” by Maria Skyllas-Kazacos, artigo não publicado distribuído livremente para fins de informação geral; e “Status of the Vanadium Redoz Battery Development Program”, by C. Menictas, D. R. Hong, XH Yan, J. Wilson, M. Kazacos and M. Skylas-Kazacos. Proceedings Electrical Engineering Congress. Sydney, November 1994 '3 todos pertinentes para o denominado “Sistema Redox de Vanádio”. A publicação WO 95/12 219 descreve processos para a preparação de soluções de vanádio e sistemas redox relacionados. A patente EP-A-0 566 019-A1 descreve um processo para a produção de soluções electrolíticas de vanádio. A patente WO 95/17 773 descreve um sistema combinado, para a produção de energia eléctrica numa célula de biocombustível, com base num sistema redox de fluxo, de vanádio.

Tipicamente e em geral um sistema de bateria redox de fluxo inclui dois depósitos separados, designadamente um depósito do calólito e um depósito do anólito, e uma pluralidade de pilhas ou baterias de células. A capacidade dos dois depósitos tem de ser suficiente para proporcionar a capacidade de armazenamento de energia renovável requerido. A área de células total e o número de células tem de ser tal que satisfaça a corrente de pico e os requisitos de tensão contínua “nominal”, respectivamente, impondo desse modo a configuração eléctrica (em série e/ou em paralelo) da pluralidade de pilhas ou baterias.

Os dois circuitos hidráulicos do católito e do anólito, respectivamente, têm de ser substancialmente separados um do outro, tendo cada um deles a sua ou as suas bombas de circulação.

Num sistema que utiliza depósitos simples, de católito e de anólito, isto é, funcionando num modo de recirculação, o católito e o anólito fluem através de compartimentos respectivos, das células unitárias de cada pilha ou bateria Conforme a bateria secundária esteja a descarregar-se, por passagem de corrente, num circuito eléctrico exterior que inclui uma carga eléctrica, ou esteja a carregar, forçando a passagem de uma corrente através da bateria, quer o católito, quer o anólito são descarregados ou carregados, respectivamente.

Convenientemente, uma solução de electrólito de meia célula positiva (católito) diz-se que está a carregar-se quando o par redox no mesmo está a oxidar--se cada vez mais para aquele dos dois estados de valência mais elevado, e está a descarregar-se quando o par redox no mesmo está a reduzir-se cada vez mais para aquele dos estados de valência mais baixo. Inversamente, uma solução de electrólito de meia-célula negativa (anólito) diz-se que está a carregar-se quando o seu par redox está a reduzir-se cada vez mais para aquele dos dois estados de valência mais baixo e está a descarregar-se quando o seu par redox está a oxidar-se cada vez mais para aquele dos dois estrados de valência que é mais alto.

Como alternativa, em vez de ser operado num modo de recirculação, um sistema redox de fluxo pode ser operado num modo “descontínuo”.

De acordo com este modo de funcionamento alternativo, quer o circuito de electrólito de meia-célula negativa, quer o circuito de electrólito de meia-célula positiva incluem dois depósitos, respectivamente para a solução gasta ou descarregada e para a solução relativamente carregada. As bombas serão comandadas para bombear o electrólito da meia-célula positiva e o electrólito da meia-célula negativa dos seus tanques de electrólito gasto respectivo para os seus depósitos de electrólito carregado respectivo, durante a fase de descarga da bateria, e vice-versa. Quando a bateria operar como fonte de energia eléctrica, para inverter o sentido do fluxo do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia--célula positiva, de modo que as soluções fluam dos respectivos tanques de solução -é"' carregada para os tanques de solução consumida respectivos. O modo de funcionamento contínuo proporciona uma indicação “volumétrica” do estado de carga ou de descarga do sistema.

As pilhas ou baterias de células individuais compreendem uma pluralidade de células, em série eléctrica, definidas por uma disposição empilhada, repetitiva, de um separador entre células condutor, que tem um funcionamento geralmente bipolar, um eléctrodo positivo, uma membrana permutadora de iões, um eléctrodo negativo e outro separador entre células, condutor.

Cada eléctrodo é confinado num compartimento de fluxo, que usualmente tem um espaço de entrada, com uma conduta de distribuição, e um espaço de saída, com uma conduta distribuidora. A tensão actual de cada célula redox de fluxo, durante a descarga, quando está ligada uma carga eléctrica, bem como a tensão que é necessária para forçar a passagem de uma corrente através da célula durante a fase de carga, dependem das reacção específicas da meia-célula (basicamente no par redox que está a ser usado), mas um tal potencial normalizado da célula será diminuído durante a descarga e aumentado durante a carga, pelas perdas de energia associadas com a resistência interna (R) da célula, as perdas por sobretensão devidas à cinética finita das reacções das meias-células (sobretensão de activação: η3) e as limitações de transporte de massa (sobretensão de concentração: ηε).

Na prática, a tensão actual necessária para carregar a bateria e a tensão fornecida pela bateria durante a descarga (carga), será dada, em primeira aproximação pelas equações seguintes:

Eo _ pO célula c cátodo " E ânodo IR " Ha " t]c pO _ pO ^ célula ^ cátodo - E°ânodo + IR + η3 + η0

Enquanto que os termos E0^^ e Ε°&(Κ)ο, que representam os potenciais de meia-célula normalizados, dependerão do estado de carga do electrólito de meia--célula positiva e do electrólito de meia-célula negativa, além da temperatura, os outros termos reflectem as limitações cinéticas das reacções electroquímicas e as perdas óhmicas através da célula.

As baterias redox de fluxo são usualmente realizadas na forma de pilhas “bipolares”, que podem incluir até várias centenas de células unitárias, electricamente em série. Porém, quanto maior for o número de células unitárias empilhadas conjuntamente, mais críticas se tomam as tolerâncias de planaridade de construção, e a vedação hidráulica de um tal número de elementos bipolares, reunidos conjuntamente numa disposição de “fíltro-prensa” pode tomar-se problemática.

Além disso, considerando que o electrólito de meia-célula negativa e o electrólito de meia-célula positiva circulam em paralelo, através de todos os compartimentos de fluxo respectivos da pilha, constituído convencionalmente condutas interior e exterior de distribuição, por reunião das armações das células, dos eléctrodos, das membranas e juntas de vedação, todos providos com furos alinhados, derivações eléctricas ao longo do corpo de electrólitos contidos nestas condutas distribuidoras que se estendem ao longo de todo o comprimento da pilha, tomam-se extremamente críticos, tendo em vista as elevadas tensões envolvidas.

Uma corrente de derivação nas condutas distribuidoras da pilha podem causar fenómenos de corrosão, por picadas em superfície de descarga (das meia--célula e, mesmo que não seja induzida corrosão, contribuem para baixar o rendimento farádico global do sistema redox.

Um outro comportamento típico dos sistemas redox de baterias de fluxo, independentemente de eles serem operados num modo de recirculação ou num modo descontínuo, é representado pelo facto de o potencial normal das células não ser relativamente constante, mas sim variar significativamente em função do estado de carga, quer do clcctrólito de meia-célula negativa, quer do electrólito de meia-célula positiva Lsta \ariação do potencial normal da célula, durante uma aplicação do sistema redox para o corte de picos ou o nivelamento da carga cria problemas, que não podem desprezar-se, de optimização dos elementos materiais eléctricos do sistema de armazenamento de energia renovável. Estes problemas exigem normalmente a implementação de um controlo, à base de um microprocessador e uma notável complicação dos circuitos inversores, para compensar a tensão da bateria, que baixa durante a fase de descarga, e para um aumento de tensão das células, durante uma fase de carga.

Estes problemas são particularmente relevantes em baterias redox só de vanádio, devido às variações relativamente grandes dos potenciais de meia-célula normais que se observam.

Encontrou-se agora, o que representa o objecto da presente invenção, um processo aperfeiçoado para a operação de um sistema de baterias redox de fluxo, que mitiga, ou elimina completamente, os problemas atrás mencionados e os inconvenientes dos sistemas conhecidos.

Essencialmente, o processo da invenção baseia-se no fluxo do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva através dos compartimentos respectivos de uma pilha de baterias, em cascata, em vez de em paralelo, como é habitualmente implementado nas baterias do tipo anterior.

Verificou-se que, pela circulação do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva, em série ou em sequência do respectivo compartimento de uma primeira célula para o respectivo compartimento da célula seguinte da pilha, e assim por diante, até ao compartimento da última célula da pilha, podem eliminar-se as correntes derivadas na pilha, quase completamente. Na prática ficará apenas um trajecto de derivação de célula-para-célula, residual, desprezável, no qual persistirá a tensão de uma única célula, independentemente do número de células da bateria. Um tal resíduo relativamente pequeno, tendo em consideração a resistência eléctrica do corpo líquido presente na conduta de ligação hidráulica produzirá um nível residual desprezável, de corrente derivada, não causando qualquer corrosão apreciável.

Além disso, podem implementar-se interrupções do trajecto da corrente eléctrica, de maneira fácil, fora da pilha, mais preferentemente na entrada do tanque respectivo, ou mesmo ao longo do circuito hidráulico, entre as pilhas. As interrupções do trajecto eléctrico no “veio” líquido constituído pela corrente de electrólito conduzida, podem ser implementadas pelo emprego de uma coluna de esgoto, simples com múltiplos níveis. O sistema da presente invenção permite instalar um tal dispositivo de interrupção da corrente, na entrada de um tanque de armazenamento e, convenientemente, mesmo no interior do próprio tanque, numa porção de ventilação superior (sem afogamento) do mesmo.

Verificou-se que qualquer maior necessidade de bombagem é mais que compensada pelo rendimento farádico aumentado dos processos electroquímicps, durante as fases de carga e de descarga.

Além disso, um desenho apropriado dos compartimentos de fluxo das células pode reduzir dramaticamente as necessidades de bombagem, isto é, a queda de pressão ao longo da cascata de compartimentos de uma pilha, ou de uma pluralidade de pilhas, alimentadas hidraulicamente em série, como se ilustrará mais adiante nesta descrição. O processo da invenção é aplicável, independentemente do facto de o sistema de bateria redox de fluxo ser operado num modo de recirculação, que utiliza apenas dois depósitos distintos, um para a solução de electrólito da meia-célula negativa e outro para a solução de electrólito da meia-célula positiva, ou num modo descontinuo, pela utilização de dois pares de depósitos, um par para a solução de electrólito da meia-célula negativa e o outro para a solução de electrólito da meia--célula positiva.

As duas correntes de electrólito da meia-célula negativa e de electrólito da meia-célula positiva podem ser fornecidas, em paralelo, para o interior dos compartimentos de fluxo respectivos de uma primeira célula da pilha (ou de uma primeira pilha de uma pluralidade de pilhas em série) associadas em série, até aos compartimentos respectivos da última célula da pilha (ou da última pilha) para ser eventualmente recicladas para os depósitos respectivos.

Este modo reproduzirá substancialmente as mesmas condições das meias--células que estão normalmente na bateria redox de fluxo, operada convencionalmente, de modo que a contribuição de tensão de cada célula da pilha (ou da pluralidade de pilhas), ligadas electricamente em série, será determinada nominalmente, a partir do estado de carga actual do electrólito da meia-célula positiva e da solução de electrólito da meia-célula negativa presente na célula.

De acordo com uma forma de realização alternativa preferida do processo de

JO operação da invenção, as correntes do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva são fornecidas, respectivamente, para o interior do compartimento respectivo de uma primeira célula, numa extremidade e, na extremidade oposta da pilha (ou na pluralidade de pilhas ligadas electricamente em série) das células na série eléctrica e portanto passadas ao longo da pluralidade de células individuais na série eléctrica, num modo “em contracorrente”.

Deste modo, estabelecem-se condições pelas quais a primeira célula, numa extremidade da série eléctrica, funcionará com um electrólito da meia-célula negativa ou com um electrólito da meia-célula positiva relativamente carregadas, e com um electrólito da meia-célula negativa ou com um electrólito da meia-célula positiva relativamente descarregadas dessa última célula, na outra extremidade da série eléctrica funcionará com uma condição de carga relativa inversa dos dois electrólitos.

De acordo com uma tal forma de realização alternativa, o processo da invenção proporciona vantagens importantes e insuspeitáveis.

Uma primeira vantagem é representada pelo facto de o processo de circulação da invenção poder ser explorado para implementar um mecanismo de avaliação automática da média, numa base de tempo (isto é, durante o tempo gasto para um dado volume de electrólito da meia-célula negativa e de electrólito da meia--célula positiva passar através da bateria) da tensão nominal produzida (numa fase de descarga) nos terminais finais de uma pilha (ou de uma pluralidade de pilhas ligadas electricamente em série).

Verificou-se que, por este contra-balanço do estado de carga, relativo do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva, através

da pluralidade de células, numa única pilha ou da pluralidade de pilhas ligadas em série electricamente, pode reduzir-se muito a grandeza de variação da tensão nominal da célula, principalmente imputável à descarga ou à carga progressivas do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva, aliviando assim os problemas da compensação para uma tal diminuição ou aumento da tensão da célula, respectivamente durante uma fase de descarga e de carga.

Em aplicações de nivelamento da carga e de corte de picos, este mecanismo de cálculo da média na base do tempo, da tensão da bateria, pode ser decisivo para simplificar grandemente o desenho dos circuitos eléctricos, bem como a gestão desses circuitos, simplesmente por redução das excursões da tensão das células.

Uma importante vantagem adicional do processo de circulação da presente invenção, quando implementado num modo de “contra-corrente”, é uma redução significativa do fenómeno do desequilíbrio da transferência da água através das membranas permutadoras que separam os compartimentos do electrólito da meia--célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva respectivos, de cada célula individual.

Como é bem conhecido, os sistemas de bateria redox de fluxo são um tanto infestados por um tal fenómeno que produz um aumento do volume dos electrólitos, tanto da meia-célula positiva como da negativa, enquanto o volume do outro é proporcionalmente diminuído. Este fenómeno exige uma re-igualização periódica dos volumes dos electrólitos da meia-célula negativa e da meia-célula positiva, nos circuitos respectivos.

Numa sistema de baterias redox só de vanádio, verifica-se uma transferência líquida do compartimento do electrólito da meia-célula positiva para o comprimento ^ i2'. do electrólito da meia-célula negativa, quando o separador de permutação é uma membrana aniónica, enquanto que, quando se usa uma membrana catiónica, se verifica uma transferência líquida da água inversa, do electrólito da meia-célula negativa para o electrólito da meia-célula positiva.

Aceita-se igualmente que a transferência de água através da membrana permutadora de iões, na forma dos invólucros de hidratação das espécies iónicas migratórias, é pouco significativa, quando comparada com a quantidade de água que é transferida por osmose. O processo de operação da invenção reduz a transferência líquida de água através da membrana, pela redução do gradiente de concentração através da membrana, durante as fases de descarga e de carga.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, o fenómeno da transferência desequilibrada da água pode ser praticamente eliminado pela instalação alternada de uma membrana de permutação de catiões (membrana catiónica) e uma membrana de permutação de aniões (membrana aniónica), para separar os compartimentos de fluxo numa pilha e todas as membranas aniónicas numa segunda pilha, e assim por diante. O “sentido” oposto da transferência líquida desequilibrada da água durante o ciclo da ou das baterias, tal como é determinado pelo tipo diferente de separadores de células selectivas de iões, ajudará decisivamente a refrear este fenómeno indesejável, para que seja praticamente desprezável.

Além disso, a circulação em série, peculiar dos electrólitos, de acordo com a invenção, toma possível ainda uma outra técnica totalmente resolutiva para resolver completamente o problema da transferência desequilibrada da água que, de outro modo, seria impraticável nos modos de operação da técnica anterior, por causa da perda de rendimento que a acompanharia, insustentável.

Em condições particulares, mas recorrentes, de operação, e precisamente em sistemas operados num modo descontínuo e concebido para a circulação cíclica das baterias, que inclui uma fase de descarga substancialmente completa do electrólito da meia-célula negativa e da meia-célula positiva, depois de uma fase de carga analogamente prolongada, por exemplo numa exploração, durante o dia, da energia recuperável armazenada durante a noite, numa instalação de baterias operada de acordo com um modo de circulação em série e em contra-corrente da presente invenção, os tanques de solução “gasta” para o electrólito da meia-célula negativa e o electrólito da meia-célula positiva podem ser unificados num tanque único.

Na prática, depois de terminada qualquer fase de operação de descarga completa, realiza-se praticamente uma igualização volumétrica. Durante o processo de carga, o electrólito recolhido no tanque único é bombeado, em correntes separadas de electrólito da meia-célula negativa e electrólito da meia-célula positiva, através das baterias, para os tanques respectivos, onde podem annazenar-se separadamente as soluções do electrólito da meia-célula negativa e da meia-célula positiva. Numa instalação de baterias do tipo anterior, a implementação de uma alimentação em paralelo dos compartimentos de fluxo homopolares de uma bateria, ou mesmo numa instalação que realiza um fluxo em série, através de compartimentos homopolares, mas num modo de correntes no mesmo sentido, a unificação dos dois electrólitos, mesmo que seja feita com electrólitos substancialmente descarregados, determinará uma perda de rendimento, e manter-se--ia proibitiva.

Isto pode ser facilmente reconhecido, considerando, por exemplo, que no s

14 J caso de uma bateria só de vanádio, um electrólito da meia-célula positiva completamente descarregado conteria idealmente todo o vanádio como V(IV), visto que todo o V(V) inicialmente presente na solução carregada pode ser reduzido justamente a V(1V). Analogamente, um electrólito da meia-célula negativa, completamente descarregado, conterá idealmente todo o vanádio como V(HI), visto que todo o \anadio V(II) inicialmente presente na solução carregada pode ser oxidado prccisamentc para V(III).

Se os dectrolitos completamente descarregados devessem ser misturados entre si, obter-se-ia uma solução com cerca de 50% de V(III) e 50% de V(IV). Por conseguinte, durante a fase de carga seguinte, teria de consumir-se uma quantidade de energia respeitável no início, para reoxidar os 50% de V(III) para V(IV), no electrólito da meia-célula positiva, antes de começar a formar a carga explorável (para (V(V)), e reduzir a V(IIT) os 50% de V(IV), antes de começar a formar a carga explorável (para V(II)). Por outras palavras, a mistura dos dois electrólitos gastos (com o objectivo de reigular os seus volumes de circulação, tem como consequência uma perda de carga (de rendimento) maior.

Pelo contrário, operando-se num modo de contra-corrente, isto é, com condições substancialmente “assimétricas”, durante um processo de descarga completo, é possível “sobre-reduzir” o vanádio no electrólito da meia-célula positiva, para se tomar uma mistura de V(IV) e V(III) e “sobre-oxidar” o vanádio, no electrólito da meia-célula negativa, para se tomar uma mistura de V(III) e V(IV). Isso toma-se possível porque, para uma extremidade da pilha, a solução de “sobre--redução” de V(IV) e V(III), num compartimento de meia-célula positiva de uma célula, confrontar-se-á com uma solução relativamente carregada que contém ainda

uma grande proporção de V(II), em comparação com o teor de V(III) no compartimento da meia-célula negativa da célula e, analogamente, para a extremidade oposta da pilha, a solução “sobre-oxidante” de V(III) e V(IV) num compartimento de meia-célula negativa confrontar-se-á com uma solução que ainda contém uma grande proporção de V(V). # #

Portanto, quando as duas correntes forem unificadas num tanque de electrólito gasto único, apenas existirá uma diferença residual entre as duas correntes de entrada, e a sua mistura terá como consequência apenas uma pequena perda residual de rendimento (de carga). Uma tal perda residualmente pequena de rendimento será mais que compensada pela reigualização automática dos dois volumes de electrólitos em circulação. Em qualquer caso, a reigualização dos dois volumes desequilibrados, mesmo que periodicamente como nos sistemas conhecidos, causa inevitavelmente uma perda de carga muito maior que num sistema operado de acordo com a forma de realização anterior do processo de acordo com a presente invenção.

Além disso, o processo atrás mencionado tem a vantagem concomitante de permitir praticamente uma capacidade de armazenamento da energia que pode ser tão grande como 50% superior à possível de acordo com a técnica anterior, para a mesma quantidade de vanádio utilizada. Conjuntamente, o investimento por unidade de energia de capacidade de armazenamento será substancialmente diminuído.

Estes e outros aspectos e vantagens da invenção tomar-se-ão mais evidentes na descrição que se segue de várias formas de realização importantes, feita com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. l,o esquema dos circuitos do electrólito da meia-célula negativa e do

electrólito da meia-célula positiva de uma instalação de bateria redox de fluxo, operada num modo de recirculação, de acordo com técnicas conhecidas; A fíg. 2, o esquema dos circuitos do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva de uma instalação semelhante à da fig. 1, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A fig. 3, um esquema parcial da circulação do electrólito, num modo em contra-corrente, A fíg. 4, um esquema parcial da circulação do electrólito, num modo com equi-corrente,

As fig. 5 e 5 bis, uma arquitectura de bateria de células bipolar que implementa um esquema hidráulico da invenção, de acordo com um modo de circulação equivalente dos dois electrólitos; A fíg. 6, uma arquitectura de baixa queda de pressão dos compartimentos de fluxo das células individuais; A fíg. 7, um esquema dos circuitos do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva, com uma circulação de contra-corrente através da bateria e que implementa uma igualização volumétrica, em qualquer ciclo, de acordo com uma forma de realização alternativa; A fig. 8, uma instalação de armazenamento de energia, com corte dos picos, de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A fig. 9, uma instalação de armazenamento de energia, com corte dos picos, de acordo com uma forma de realização alternativa; e A fig. 10, um esquema eléctrico de recuperação de energia para uma instalação de elevadores.

Na fíg. 1, está representado esquematicamente um sistema de bateria redox de fluxo, num modo de recirculação. Na figura está representada apenas uma única pilha (1), de uma pluralidade de células bipolares, numa configuração de filtro--prensa. É evidente que uma instalação de grande capacidade pode incluir uma pluralidade de pilhas ou baterias, ligadas electricamente em série e/ou em paralelo.

Os circuitos respectivos, do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva, estão representados na figura. No caso do modo de operação em circulação, como está ilustrado, o circuito do electrólito da meia--célula positiva inclui um depósito de armazenamento (2), uma bomba (3), uma conduta de alimentação (10), uma conduta distribuidora de entrada (4) e uma conduta distribuidora de saída (5), para distribuir o electrólito para os respectivos compartimentos de fluxo das meias-células positivas, indicados pelo símbolo respectivo, numa circunferência, de cada célula individual, e uma conduta de retomo (11). O circuito do electrólito da meia-célula negativa é completamente semelhante ao do electrólito da meia-célula positiva, incluindo o depósito de armazenamento (6), a bomba (7), a conduta de alimentação (12), a conduta distribuidora de entrada (8) e a conduta distribuidora de saída (9) e a conduta de retomo (13).

As condutas de distribuição (4) e (5) podem ser exteriores à estrutura das pilhas ou, mais usualmente, realizadas na estrutura das pilhas, por furos alinhados, presentes nos vários elementos que constituem a estrutura de pilhas, uma vez associadas, de maneira estanque, numa disposição de filtro-prensa. E evidente que haverá, entre quaisquer dois pontos na massa líquida do electrólito contida numa qualquer das condutas distribuidoras (4, 5, 8, 9), uma

diferença de potencial, determinada pelo número de células unitárias intercaladas.

Com um número crescente de células empilhadas, ligadas electricamente em série, o aumento notável das diferenças de tensão induz correntes de derivação, através do electrólito contido nas condutas distribuidoras, de um eléctrodo para o outro ou, mais geralmente, de qualquer superfície condutora para outra superfície condutora da estrutura da bateria de células empilhadas.

As tensões, geralmente elevadas, envolvidas promovem reacções parasitas, e quase invariavelmente corrosivas das meias-células, nestas superfícies condutora ou nos próprios eléctrodos, que muitas vezes são a origem da libertação de produtos gasosos indesejáveis, acompanhados por corrosão por picadas. É evidente que estas correntes derivadas prejudicam o rendimento farádico, quer dos processos de carga, quer dos processos de descarga.

Na fig. 2, está ilustrado um sistema funcionalmente equivalente ao da fig. 1, mas construído de acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção, mantendo-se os mesmos números de referência para as partes equivalentes.

Essencialmente, os compartimentos de fluxo das meias-células homólogas da pluralidade de células que constituem a pilha (1) são alimentados, em série, com o electrólito respectivamente das meias-células positiva e negativa

Como se ilustra na fig. 2, o electrólito da meia-célula negativa é introduzido no respectivo compartimento de meia-célula positiva de uma primeira célula, numa extremidade da pilha, através da conduta de entrada (10) e, sendo depois a partir deste primeiro compartimento de fluxo o electrólito alimentado, em série, através do compartimento de fluxo da meia-célula positiva seguinte e assim por diante, até ao compartimento da meia-célula positiva de uma última célula, na outra extremidade da pilha (1). A partir do compartimento da meia-célula positiva da última célula, o electrólito é depois reenviado, através da conduta (11), para o depósito de recirculação respectivo (2).

Analogamente, o electrólito da meia-célula negativa pode ser fornecido, de acordo com uma prímeiramente forma de realização na fig. 2, para o compartimento de fluxo da meia-célula negativa, de uma primeira célula da pilha (1), através da conduta de alimentação (12) e, depois de se ter escoado sucessivamente através de todos os compartimentos das meias-células negativas das células, é devolvido ao depósito de armazenamento (6) respectivo, através da conduta (13).

De acordo com a forma de realização representada na fig. 2, as correntes do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva, através de uma pluralidade de células unitárias, que constitui a pilha ou bateria (1), são conduzidas, num modo de contra-corrente, como se descreverá com mais pormenor mais adiante.

Como pode reconhecer-se, por comparação dos esquemas das fig. 1 e 2, de acordo com a invenção ilustrada pela fig. 2, as correntes de derivação só podem verificar-se ao longo de todo o circuito de recirculação, essencialmente através da massa de líquido contida nas condutas de alimentação (10) e (12), nas condutas de retomo respectivas (ll)e(13)e através da massa de líquido contida nos depósitos de armazenamento respectivos (2) e (6), desde que exista um “veio” ininterrupto de líquido.

Isto já significa que, na prática, poderá ser assegurada uma limitação intrínseca do nível de qualquer corrente de derivação, pelos trajectos relativamente ys y ' . 20, longos (de grande resistência eléctrica), que envolvem todo o comprimento dos circuitos hidráulicos de recirculação.

De maneira ainda mais significativa, o sistema da invenção presta-se à implementação, de uma maneira mais eficaz e simples, de interrupções dos trajectos das correntes de derivação, permitindo a instalação de dispositivos interruptores do “veio” líquido, tipicamente na forma de “colunas de esgoto” (14) e (15). Estas últimas podem incluir uma ou mais placas de alimentação-e-esgoto, empilhadas umas em cima de outras e com uma certa separação mútua De preferência, tais interruptores do veio líquido (14) e (15) podem ser instalados na entrada do depósito de armazenamento do electrólito respectivo (2) e (6). Mais preferivelmente, podem instalar-se colunas de esgoto ou dispositivos equivalentes no interior do depósito respectivo, na sua porção superior (de ventilação), de modo que o licor possa esgotar-se livremente para baixo para a massa do líquido de electrólito contida no depósito. A utilização de interruptores (14) e (15), do trajeeto das correntes de derivação, evitará de maneira positiva qualquer corrente de derivação. Em qualquer caso, o processo de circulação em série da presente invenção melhora grandemente o rendimento farádico dos processos electroquímicos, durante os processos de carga e de descarga da bateria.

As fig. 3 e 4, ilustram esquematicamente os dois modos alternativos de funcionamento de acordo com a presente invenção. O diagrama de fluxos parcial da fig. 3, faz realçar a maneira como se alimentam, em série, o electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia--célula positiva, para os compartimentos de fluxo respectivos da pluralidade de

células empilhadas, num modo de contra-corrente.

Como já atrás se mencionou, de acordo com esta forma de realização, obtém--se uma formação automática da tensão média da bateria, durante quer a fase de carga, quer a fase de descarga, da bateria, que limita as excursões globais da tensão durante cada fase de funcionamento da bateria, facilitando assim a tarefa de compensarão das \anações da tensão da bateria.

Além disso, o gradiente de concentração existente entre a membrana permutadora de iões. que separa o compartimento da meia-célula positiva do compartimento da meia-célula negativa, de cada célula da bateria, é benefícamente reduzido, em todas as condições, e isso, por sua vez, reduz a transferência líquida de água de um compartimento para o compartimento oposto. Portanto, também se atenua o problema da acumulação de água num dos circuitos do electrólito, por uma diminuição equivalente do conteúdo de água no outro circuito.

De acordo com o modo de funcionamento ilustrado na fig. 4, as duas correntes distintas do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia--célula positiva, através da pluralidade de células da bateria, podem ser conduzidas no modo de equi-correntes. Deste modo, além da eliminação de qualquer trajecto de correntes de derivação, mantêm-se substancialmente as condições de trabalho electroquimicas, semelhantes às existentes nas células de uma bateria operada de acordo com a técnica anterior, na bateria operada de acordo com a presente invenção.

Uma estrutura particularmente eficaz da pilha, que implementa os modos de circulação em série do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia--célula positiva através da pluralidade de células bipolares de uma pilha ou bateria

(1) está ilustrada esquematicamente nas fig. 5 e 5 bis.

De acordo com esta arquitectura, a sucessão de células bipolares empilhadas é definida, além de por dois subconjuntos de extremidade (16a) e (16b), respectivamente, por uma pluralidade de subconjuntos bipolares (16), dispostos alternadamente, com separadores (17) de membrana pennutadora de iões.

Cada um dos subconjuntos bipolares (16) inclui um separador ou divisória bipolar (18) entre células, condutor, essencialmente impermeável aos electrólitos. O separador intercélulas bipolar, condutor (18), pode ser suportado, de maneira vedada, no seu lugar (como se ilustra na fig. 5), ou fazer parte integrante ou formando uma só peça com os corpos da armação (19a) e (19b). O separador intercélulas (18) e a armação (19a + 19b) podem todos ser feitos de um metal resistente à corrosão, por exemplo um metal ou liga (de válvula) que pode ser passivado, ou respectivamente feitos de materiais condutores da electricidade e de preferência não condutores, moldáveis, ou mesmo moldados em conjunto formando uma só peça. Os materiais moldáveis condutores apropriados podem ser resinas, carregadas com pós condutores e/ou fibras de um material resistente à corrosão, como por exemplo de carbono, de grafite, carbono vítreo e metais para válvulas.

As armações (19a) e (19b) têm uma espessura suficiente para definir compartimentos de fluxo (de polaridades opostas), pertencentes a duas células adjacentes da pilha, separadas pela placa divisória intercélulas, bipolar, condutora (18), disposta funcionalmente numa posição média relatiamente à espessura total da armação que incluiria as duas meias-armações (19a) e (19b).

Nos compartimentos de fluxo respectivos, estão dispostos eléctrodos com polaridades respectivas, ligados electricamente em série, numa configuração de /<r. ' ^23 costas-com-costas, através do separador (18) intercélulas, bipolar condutor. Nas fig. 5 e 5 bis, apenas é visível um dos eléctrodos, o eléctrodo negativo (18a); o eléctrodo positivo (18b) está presente na face oposta (não visível).

Basicamente, ao longo dos lados opostos das armações (19a) e (19b) genericamente rectangulares, estarão presentes dois conjuntos de ordens de furos (20) c (22), respectivamente, entrelaçados.

Cada um dos conjuntos de furos espaçados uniformemente (por exemplo o conjunto de furos (20)), presente alternadamente ao longo de um, e oposto ao outro dos lados das armações rectangulares (19a) de subconjuntos adjacentes (16) e (16a), está em comunicação hidráulica com o compartimento de fluxo de uma polaridade, no exemplo representado, o compartimento da meia-célula positiva, de subconjuntos adjacentes, através de uma primeira pluralidade de recortes, ranhuras ou aberturas curvas (25 ip), presentes ao longo de um primeiro lado, ou lado de entrada da armação particular, que intercepta as correntes, que saem através de furos (20), com eles alinhados, de uma armação do subconjunto anterior ou placa terminal (19t), e através de uma segundo pluralidade de recortes, ranhuras ou aberturas curvas (2a op), presentes ao longo do lado oposto, ou lado de saída da mesma armação, que mterceptam os furos de passagem (20) da armação seguinte. Evidentemente, a situação destes furos de passagem (20) estarão, alternadamente num lado e no lado oposto das armações rectangulares, na sucessão dos subconjuntos que formam a pilha, mantendo-se no entanto um alinhamento axial preciso, de extremo a extremo da pilha associada de filtro-prensa. E evidente que as membranas intercalares (17) de permutação de iões, que estão funcionalmente dispostas entre cada dois subconjuntos (16, 16a, 16b) adjacentes, podendo as porções bipolares (18), bem como eventuais juntas de vedação, ser proporcionadas com um agregado completo de furos de passagem alinhados cooperantes, para que não interfiram com o fluxo dos electrólitos de um compartimento para o seguinte da mesma polaridade, ao longo da pilha.

Pormenores de ligação ou furos para barras pendentes apropriados podem estar presentes em todos os elementos do conjunto de filtro para facilitar um alinhamento perfeito de todo o agregado de furos e ranhuras de intersecção. O trajecto de fluxo em série, através da pluralidade dos compartimentos de meias-células negativas, pelo electrólito negativo, é realizado exactamente da mesma maneira, através do conjunto de furos de passagem (22) e as pluralidades respectivas de recortes, ranhuras ou aberturas curvas (22 in) e (22 on) de intersecção, que são formados ao longo de lados opostos, respectivamente, das armações (19a) que circundam os compartimentos de meia-célula negativa, estando os furos curvos (22 on), intervalados espacialmente com os outros conjuntos de furos de passagem (20).

Praticamente, cada um dos subconjuntos monopolares (16a) e (18t) e (16b) e (18t) que terminam a pilha, com uma entrada e uma saída ou duas condutas distribuidoras de entrada e saída distintas, para alimentação ou recuperação do electrólito respectivo no compartimento único, definido entre os mesmos para alimentar ou recuperar o outro dos dois electrólitos de compartimento oposto do subconjunto bipolar adjacente, conforme esteja realizado um modo de circulação em contracorrente ou em equicorrente, de acordo com os esquemas da fig. 3 e da fig. 4, respectivamente.

Como pode ver-se claramente a partir da fig. 5, a estrutura dos elementos extremos (16a) e (16b) pode ser substancialmente igual à estrutura dos elementos equivalentes dos subconjuntos bipolares (16), com a peculiaridade de os dois electrólitos poderem ser introduzidos separadamente, e recuperados, através das condutas distribuidoras respectivas (23) e (24), formadas nas placas (eléctrodos) extremos (18), que são interceptadas pelos furos de passagem (20) e (22), respectivamente. Pode realizar-se uma disposição semelhante na extremidade oposta da pilha. A provisão de vias de entrada e de saída múltiplas, paralelas e equidistantes, em cada compartimento de fluxo, através de conjuntos de furos e ranhuras, pela sua intercalação nas armações da pilha, define correntes paralelas de ambos os electrólitos, tendo-se verificado que isso melhora, de maneira notável, o comportamento global da bateria. Um tal comportamento melhorado pode ser atribuído a uma transferência de massa, altamente melhorada, para os eléctrodos, determinada por uma uniformidade reforçada da distribuição dos electrólitos para os sítios de reacção.

Conforme as condições de carga eléctrica e os requisitos de caudal adequado, a tortuosidade relativa e o comprimento de cada um dos circuitos de electrólito distintos, de acordo com a invenção, as necessidades de bombagem aumentam significativamente, em comparação com as de uma bateria alimentada em paralelo da técnica anterior.

Além de um tal aumento da necessidade de bombagem ser mais do que compensado pela eliminação das correntes de derivação, em termos de rendimento energético global dos processos de carga e de descarga, os requisitos de bombagem podem ser grandemente reduzidos adoptando uma queda de pressão relativamente ' 26 reduzida, na configuração dos compartimentos de fluxo das células individuais.

Na fig. 6, está ilustrada uma configuração preferida, esquematicamente.

Essencialmente, a configuração é definida dispondo-se canais (C), de fluxo do electrólito de baixa queda de pressão, ou espaços “atrás” da estrutura (E) do eléctrodo activo respectivo, que pode ser vantajosamente colocada directamente em contacto com o separador permutador de iões (M), da célula. A estrutura do eléctrodo (E) é tipicamente uma camada porosa, substancialmente tridimensional, que pode ou não incluir uma camada porosa de substância activa electronicamente, ligada na face da membrana permutadora de iões (M). Mais geralmente, a camada de eléctrodo (E) pode incluir uma esteira ou feltro compressível (F), de fibras de carvão, para uma área activa suficientemente grande. Essencialmente, a camada de eléctrodo compósito inclui uma rede ou pano condutores (D), aos quais se liga electricamente a esteira ou feltro de fibras de carbono. Esta rede condutora pode ser metálica, à qual a esteira de fibras de carbono pode ser ligada por meio de um adesivo condutor (por exemplo um ligador epoxídico com carga de pó de carvão ou de grafite), ou pode ser um tecido de fibras de carvão urdido, relativamente forte.

Em todos os casos, a rede ou tecido condutor (D) proporciona uma estrutura secundária de distribuição da corrente, que está em contacto eléctrico com nervuras condutoras da electricidade, espaçadas umas em relação às outras, ou saliências (R) do separador intercélulas condutor bipolar (18), que define canais (C) de fluxo do electrólito com queda de pressão reduzida, nas costas da camada de eléctrodo (E) compósito e poroso.

Uma tal configuração permite limitar, de maneira notável, a queda de pressão do electrólito bombeado através da pluralidade de compartimentos de fluxo 27 sucessivos. O diagrama de um sistema de baterias da presente invenção, de acordo com a forma de realização alternativa atrás descrita (linha 5 da página 9 e a linha 34 da página 10) está ilustrado na fig. 7. Um depósito unificado (V-3) recupera ambos os electrólitos das meias-células durante a descarga da bateria As pontas das setas a cheio definem os trajectos de fluxo respectivos durante a carga e as pontas das setas a tracejado definem os trajectos de fluxo respectivos durante a descarga do sistema de baterias.

Na fig. 8 está ilustrado um sistema particularmente eficaz para eliminar a fracção de energia necessária para a bombagem dos electrólitos durante a fase de descarga do sistema de baterias redox da invenção, para tuna exploração mais completa da energia armazenada durante os períodos de picos da procura, ou durante emergências, por armazenamento de uma fracção de energia equivalente, na forma de energia potencial gravitacional.

De acordo com esta forma de realização, durante a carga do sistema de baterias redox, com recuperação, com custos reduzidos, da energia eléctrica durante períodos fora da hora de ponta, os electrólitos carregados armazenados em depósitos respectivos, num nível relativamente elevado.

Durante a reutilização da energia armazenada, a fracção de energia normalmente necessária para bombear os dois electrólitos em sentido contrário, a partir dos depósitos de electrólito carregados respectivos, através da bateria e para os depósitos de recolha de electrólito gasto, é eliminada, explorando a energia potencial gravitacional para fazer passar os electrólitos através da sequência respectiva dos compartimentos de fluxo das células da bateria.

Pode implementar-se um sistema com autoregulação dos caudais de uma maneira muito simples ou por monitoração do potencial redox da saída dos electrólitos da bateria, para proporcionar uma informação básica de controlo ou, em alternativa, por monitoração da tensão da bateria.

Quer a tensão da bateria, quer o potencial redox dos electrólitos podem fornecer informação do estado de carga dos electrólitos das meias-células positivas e negativas, que saem da última célula respectiva da bateria, podendo essa informação ser ultimamcnte usada para accionar electroválvulas que interceptam o fluxo das soluções nas suas condutas de descarga. Deste modo, as electroválvulas regulam o caudal dos electrólitos através da bateria e interrompem eventualmente os fluxos, de acordo com as necessidades da carga.

Pode realizar-se, de maneira simples, um sensor apropriado para os potenciais redox dos electrólitos de saída, na forma de uma célula miniatura, estruturalmente semelhante às células da bateria, através de cubos comaprtimentos se fazem passar as duas correntes dos electrólitos, a partir dos últimos compartimentos respectivos da bateria. A tensão em circuito aberto de uma tal célula sensora proporcionará a informação necessária. É claro que pode implementar-se um controlo de poupança de energia semelhante do caudal do electrólito da meia-célula negativa e do electrólito da meia--célula positiva, durante uma fase de descarga do sistema, também num sistema que funciona num modo de recirculação normal, como se ilustra na fig. 9, para ajustar o caudal para as necessidades actuais da carga da bateria e, eventualmente, parar as bombas de circulação, quando não se estiver a retirar energia eléctrica do sistema de bateria.

Um sistema de armazenamento de energia de acordo com o ilustrado nas fig. 8 ou 9, representa uma solução ideal para a implementação de uma estação de poupança de energia para elevadores.

As instalações de elevadores em edifícios de escritórios, bem como edifícios de condomínio têm ciclos diários peculiares. Num edifício de escritórios, um grande número de cabinas completamente carregadas sobe de manhã e um número analogamente grande de cabinas cheias desce à tarde, determinando pontas de pedido de energia de manhã e oportunidades de geração de energia à tarde, sendo a situação no edifício de condomínio de apartamentos a oposta.

Portanto, toma-se interessante poder armazenar a energia que pode ser gerada durante as repetidas descidas com a cabina cheia, para a explorar durante os picos de pedido de energia quando as cabinas cheias são principalmente deslocadas para cima.

Basicamente, um sistema capaz de armazenar energia, quando o sistema de elevadores é capaz de gerar energia eléctrica e disponibilizar a energia armazenada, quando o sistema de elevadores tem fome de energia, pode ser esquematizado como se mostra na fíg. 10.

Pela utilização de inversores modernos, que funcionam com uma frequência de comutação relativamente elevada, geralmente compreendida entre 5 HHz e 20 KHz, uma bateria capaz de ser carregada a tensões num intervalo geralmente compreendido entre 400 V e 600 V, tipicamente na vizinhança de 500 V, simplifica-se grandemente o sistema eléctrico global.

Um sistema de bateria da invenção pode, de facto, ser dimensionado com um número praticamente ilimitado de células, ligadas em série, para uma aplicação 30 como a prospectada anteriormente, podendo a bateria incluir cerca de 400 células ligadas electricamente em série. # A provisão de interruptores do veio do fluido na entrada dos depósitos carregados com os electrólitos ou dos respectivos depósitos de recirculação, garantirá a ausência de correntes da derivação, não obstante as elevadas tensões envolvidas Além disso, a ausência de trajectos de correntes de derivação na pilha permitirá reunir, num conjunto de fíltro-prensa único, até uma centena de células bipolares, ou mesmo mais.

Lisboa, 5 de Novembro de 2001 # / /

Claims (19)

1 X tf Reivindicações 1. Processo para a operação de uma bateria redox de fluxo, que compreende uma pluralidade células, ligadas electricamente em série, definida por uma disposição, empilhada e repetitiva, de um separador intercélulas condutor, que tem uma função geralmente bipolar, um eléctrodo positivo, uma membrana permutadora de iões, um eléctrodo negativo e um outro separador intercélulas condutor, estando cada eléctrodo confinado num compartimento de fluxo, que compreende o fluxo de um electrólito da meia-célula positiva, que contêm iões redutíveis e oxidáveis de um primeiro par redox, através dos compartimentos que contêm os referidos eléctrodos positivos, e um electrólito da meia-célula negativa que contém iões redutíveis e oxidáveis de um segundo par redox, através dos compartimentos que contêm os referidos eléctrodos negativos, caracterizado pelo fluxo do referido electrólito de meia-célula negativa e do electrólito da meia-célula positiva através dos compartimentos respectivos da referida pilha, em série, através da pluralidade de células, pela introdução de cada electrólito, com um dado estado de carga, no compartimento respectivo da primeira célula, numa extremidade da pilha e recuperando o mesmo electrólito a partir do compartimento respectivo de uma última célula da pilha, na sua outra extremidade, num estado de carga modificado, que é função do nível e do sentido da corrente eléctrica que passo através da bateria durante o tempo de trânsito, através da mesma, de um dado volume de electrólito.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual os referidos electrólitos circulam através de depósitos de recirculação respectivos.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual os referidos 2 electrólitos se escoa de um depósito de armazenamento de electrólito carregado respectivo para um depósito de recuperação do electrólito, durante uma fase de descarga e, no sentido oposto, durante uma fase de operação de carga.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual as correntes respectivas de electrólito de meia-célula negativa e electrólito de meia-célula positiva, em série, através da pluralidade de células da pilha, são conduzidas num modo de contracorrente.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual as coiTentes respectivas de electrólito de meia-célula negativa e electrólito de meia-célula positiva, em série, através da pluralidade de células da pilha, são conduzidas num modo de equicorrente.

6. Processo de acordo com a reivindicação 6, no qual, numa fase de descarga, as duas correntes do electrólito de meia-célula negativa e do electrólito de meia-célula positiva, respectivamente, saem do respectivo compartimento de fluxo da última célula respectiva da pilha, ou de uma pluralidade de pilhas alimentadas hidraulicamente em série, são recolhidas num depósito de electrólito unificado e, numa fase de carga, faz-se fluir o electrólito gasto, do referido depósito unificado, em duas correntes separadas, respectivamente de electrólito de meia-célula negativa e de electrólito de meia-célula positiva, através dos compartimentos de fluxo respectivos, das células da pilha ou da pluralidade de pilhas, e cada corrente que sai do compartimento de fluxo respectivo da última célula respectiva, é recolhida separadamente num depósito de electrólito carregado, respectivo.

7. Processo de acordo com as reivindicações 3 ou 6, caracterizado por os referidos depósitos de electrólito carregado serem dispostos num nível elevado, 3 acima da pilha ou pilhas referidas e os referidos depósitos de electrólito descarregado ou o depósito único, serem dispostos num nível inferior ao nível da referida pilha.

8. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por incluir a interrupção do veículo líquido de cada uma das correntes referidas, ao longo dos respectivos trajectos.

9. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, no qual a bateria redox de fluxo utiliza um par redox V(III)/V(II) no electrólito de meia-célula negativa e um par redox V(V)/V(IV) no electrólito de meia célula positiva.

10. Instalação de bateria redox de fluxo que compreende uma pluralidade de células, ligadas em série, definida por uma disposição empilhada e repetitiva de um separador intercélulas condutor, que tem uma função geralmente bipolar, um eléctrodo positivo, uma membrana permutadora de iões, um eléctrodo negativo e um outro separador intercélulas, condutor, estando cada um dos eléctrodos confinado num compartimento de fluxo, pelo menos um primeiro depósito para um electrólito de meia-célula carregado positivamente, pelo menos um segundo depósito de electrólito de meia-célula carregado negativamente, condutas para o electrólito de meia-célula negativa e meios de bombagem para o fluxo do referido electrólito de meia-célula positiva, através de compartimentos respectivos de fluxo de electrólito de meia-célula positiva das referidas células e pelo menos um depósito de recuperação de electrólitos gastos, e caracterizada por no interior da referida bateria, as referidas condutas do electrólito de meia--célula negativa e do electrólito de meia-célula positiva definirem um trajecto de 4 fluxo em série, do respectivo electrólito de meia-célula, do respectivo compartimento de fluxo, para o interior o qual o electrólito de meia-célula respectiva entra na bateria de uma primeira célula da pluralidade de células empilhadas, para o compartimento de fluxo respectivo de uma última célula da referida pluralidade de células empilhadas de onde o respectivo electrólito de meia-célula sai da bateria.

11. Sistema de bateria de fluxo redox de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender um primeiro depósito de armazenamento do electrólito de meia-célula negativa carregado, um segundo depósito de recuperação de electrólito de meia-célula negativa gasto, um terceiro depósito de armazenamento de electrólito de meia-célula positiva carregada e um quarto depósito de recuperação de electrólito de meia-célula gasto; sendo o referido electrólito de meia-célula negativa e o electrólito de meia--célula positiva escoados dos respectivos depósitos de armazenamento de electrólito carregado, para os seus depósitos de recuperação de electrólito gasto respectivos, durante uma fase de descarga da bateria e dos referidos depósitos de recuperação de electrólito gasto respectivos, para os seus respectivos depósitos de armazenamento de electrólito carregado, durante uma fase de carga da bateria

12. Sistema de bateria de fluxo redox de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por os referidos depósitos de recuperação de electrólito gasto serem unificados num depósito de recuperação único, onde os referidos electrólitos de meia-célula negativa e de meia-célula positiva, circulados através dos respectivos compartimentos da referida pluralidade de células empilhadas, num modo de contracorrente, são misturados entre si.

13. Sistema de bateria de fluxo redox de acordo com a reivindicação 10, 5 caracterizado por os referidos meios de conduta compreenderem pelo menos um interruptor do veio de liquido, ao longo de cada um dos trajectos dos electrólitos de meia-célula positiva e negativa.

14. Sistema de bateria de fluxo redox de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por cada um dos referidos interruptores ter a forma de uma coluna de alimentaçào-c-esgoto, instalada na entrada de um depósito do electrólito.

15. Sistema de bateria de fluxo redox de acordo com as reivindicações 11 ou 12, caracterizado por os respectivos depósitos de armazenamento de electrólito carregados estarem dispostos num nível elevado, acima das referidas células, e dos referidos depósitos de recuperação de electrólitos gastos ou o depósito unificado único estarem dispostos num nível inferior ao nível das células.

16. Sistema de bateria de fluxo redox de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, no qual as membranas permutadoras de iões da referida pluralidade de células empilhadas são alternadamente caliónicas e aniónicas.

17. Sistema de bateria de fluxo redox de acordo com a reivindicação 16, no qual o tipo de membrana alterna de célula para célula.

18. Sistema de bateria de fluxo redox de acordo com a reivindicação 16, no qual o tipo de membrana alterna de pilha de célula para pilha de células.

19. Pilha de células redox bipolares, ligadas electricamente em série, definida por uma disposição empilhada e repetitiva, de um separador (18) intercélulas, condutor, que tem uma função genericamente bipolar, um eléctrodo positivo (18a), uma membrana permutadora de iões (17), um eléctrodo negativo (18b) e um outro separador intercélulas, condutor (18), estando cada um dos eléctrodos confinado num compartimento de fluxo, compartimentos de eléctrodo 6 6

terminais de polaridades opostas, nas duas extremidades da pilha e meios para associar, de maneira estanque, a pilha de acordo com uma configuração de filtro--prensa, sendo cada um dos compartimentos de fluxo definido por uma armação rectangular (19a, 19b), caractenzada por cada armação ter: uma pluralidade de furos de passagem (20, 22), dispostos espaçados ao longo de um primeiro lado da armação rectangular; uma primeira pluralidade de furos de abertura curvos (21 op, 22 on), que se estendem da face de associação do filtro-prensa da armação para o espaço do compartimento definido pela armação, dispostos espaçadamente ao longo do referido primeiro lado da armação rectangular, alternadamente com os furos de passagem (20, 22); uma segunda pluralidade de furos de aberturas curvas (21 ip, 21 in), que se estendem da face de associação de filtro-prensa da armação para o espaço de compartimento definido pela armação, dispostos espaçadamente ao longo de um segundo lado oposto ao referido primeiro lado da armação rectangular; alternando a posição relativa dos referidos primeiro e segundo lados de uma armação para a seguinte, na pilha, e interceptando cada furo de abertura curvo (21 op, 22 on, 21 ip, 21 in) de uma armação (19a, 19b) um furo de passagem (20, 22), numa armação adjacente. Lisboa, 5 de Novembro de 2001