TW201312846A - 氧化還原液流電池系統 - Google Patents

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Abstract

一種氧化還原液流電池系統，該者具有一電化學電池與一能源貯存器。該系統包括一陰極室、一陽極室、分隔該二腔室之一隔板、及一能源貯存器其含有一電活性物質、電活性離子、一電解液與一氧化還原媒介物者。該貯存器係經由一對入水口-出水口連接至該陰極室或陽極室兩者任一地，用於從該能源貯存器循環該電解液至該陰極室或陽極室。

Description

氧化還原液流電池系統
本發明係有關於氧化還原液流電池系統。
發明背景
高能源密度電池在消費性電子應用上及在可再生能源儲存上係為所欲的。
鋰離子電池係為最先進的動力源之一。在鋰離子電池充電期間，鋰離子係從該陰極電極穿由一隔板移動至該陽極電極，而在放電期間中相反地。目前的鋰離子電池在安全考量上係不適合用於大規模的能源儲存，即使它們的能源密度高達250 Wh/kg。此外，這些電池要求一長的充電時間。它們的使用從而受限於不要求即時充電或補給的應用。
不同地，氧化還原液流電池係為能源儲存裝置其供應從化學能轉換來的電力者，其中該化學能係儲存在溶於電解液的活性電極物種中。在該電池運作期間，該活性物種係氧化或還原的。這些電池一般遭受一低的能源密度，例如，25 Wh/kg。
對發展一安全的電池系統其具有高能源密度並可即時補給者係有一需要。
發明概要
此揭露內容係基於意外發現一安全的氧化還原液流電池系統，該系統具有一高能源密度且可以即時補給。
相應地，該氧化還原液流電池系統含有一能源貯存器及一或多個電化學電池，該電化學電池每一者包括一陰極室、一陽極室與一隔板。該陰極室具有一陰極電極其連接至一或多個其他電池或至一外部負載。該陽極室具有一陽極電極其亦連接至一或多個其他電池或至一外部負載。這兩個腔室係由該隔板分隔。該能源貯存器含有儲存電活性離子之一電活性物質、含有該電活性離子之一電解液、及在該電解液中之一氧化還原媒介物。該貯存器係經由用於遞送該電解液從該能源貯存器至該陰極室或該陽極室之一出水口，且亦經由用於從該陰極室或該陽極室返回該電解液至該貯存器之一入水口，連接到該陰極室或該陽極室兩者任一的。
該隔板分隔該陰極室與該陽極室。該者可以為電活性離子傳導膜(例如，一鋰離子傳導膜)。舉例而言，該隔板係為一鋰磷氮氧化物(lithium phosphorus oxynitride)玻璃、硫代磷酸鋰(lithium thiophosphate)玻璃、NASICON型鋰傳導玻璃陶瓷、石榴石型鋰傳導玻璃陶瓷、陶瓷奈米過濾膜、鋰離子交換膜，或其等之一組合。
在該電池系統中的兩個電極，意即該陰極電極與該陽極電極，可以為碳、金屬、或其等之一組合。
該電解液可以為一溶液，在該者中一或多個電活性離子化合物(例如鋰鹽)係溶解於一極性質子溶劑、一非質子溶劑，或其等之一組合。舉例而言，該電解液可以為一溶液在其中LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、 LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2F)2、LiC(SO2CF3)3、Li[N(SO2C4F9)(SO2F)]、LiAlO4、LiAlCl4、LiCl、LiI、二草酸硼酸鋰(意即LiBOB)、或其等之一組合係溶解於水、碳酸鹽、醚、酯、酮、腈或其等之一組合中。該電解液中鋰鹽的濃度可以為0.1至5 mol/L(例如，0.5至1.5 mol/L)。
可選地，該電池系統含有兩個能源貯存器，意即連接到該陰極室之一陰極貯存器及連接到該陽極室之一陽極貯存器。
該陰極貯存器可以含有一電解液、一陰極電活性物質及一p型氧化還原媒介物。該陰極電活性物質可以為一金屬氟化物、金屬氧化物、Li1-x-zM1-zPO4、(Li1-yZy)MPO4、LiMO2、LiM2O4、Li2MSiO4、LiMPO4F、LiMSO4F、Li2MnO3、硫、氧或其等之一組合。在這些化學式中，M係為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、或Ni；Z係為Ti、Zr、Nb、Al或Mg；x係為0至1；y係為0至0.1；且z係為-0.5至0.5。較佳地，該陰極電活性物質係為LiFePO4、LiMnPO4、LiVPO4F、LiFeSO4F、LiNi0.5Mn0.5O2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、或其等之一組合。該p型氧化還原媒介物可以為一茂金屬衍生物、三芳胺衍生物、吩噻嗪衍生物、吩噁嗪衍生物、咔唑衍生物、過渡金屬複合物、芳族衍生物、氮氧自由基、二硫化物、或其等之一組合。較佳地，其係為一茂金屬衍生物。
該陽極貯存器可以含有一電解液、一陽極電活性物質及一n型氧化還原媒介物。該陽極電活性物質可以為一碳質 物質、鈦酸鋰(例如，尖晶石Li4Ti5O12)、金屬氧化物、金屬、金屬合金、類金屬、類金屬合金、共軛二羧酸、或其等之一組合。較佳地，其係為Li4Ti5O12、TiO2、Si、Al、Sn、Sb、碳物質、或其等之一組合。當該陽極電活性物質含有一鋰金屬(例如，單獨含有一鋰金屬或伴隨其他物質含有)時，該電解液係為一溶液在其中一或多個鋰鹽係溶解於一非質子有機溶劑中。該n型氧化還原媒介物可以為一過渡金屬衍生物、芳基衍生物、共軛羧酸衍生物、稀土金屬陽離子、或其等之一組合。較佳地，其係為一過渡金屬衍生物、芳基衍生物、或其等之一組合。
本發明一或多個實施例之細節係於下述說明中陳述的。本發明之其他特徵、目的與優勢從該說明與該等訴求項將變得顯而易見的。
較佳實施例之詳細說明
此揭露內容提供了一個可充電的電化學能源儲存裝置，意即，一氧化還原液流電池系統，該者可以配置用於不同的應用，諸如供電可攜式電子裝置及電動車輛；儲存從遠端電力系統產生的能源，諸如風力渦輪發電機與太陽光電陣列(photovoltaic arrays)；並提供緊急電力做為一不間斷電力來源。
在一實施例中，該氧化還原液流電池系統包括一能源貯存器與一電化學電池。
該電化學電池包括由一隔板分隔的一陰極室與一陽極 室。該陰極室含有一陰極電極，且該陽極室含有一陽極電極。較佳地，這兩個電極具有高表面積，帶或不帶有一或多個催化劑，以促進該電荷收集過程。它們可以由碳、金屬、或其等之一組合製成。電極的例子可以於Skyllas Kazacos等人之”Journal of The Electrochemical Society,158,R55-79(2011)”及Weber等人之”Journal of Applied Electrochemistry,41,1137-64(2011)”中找到的。
該隔板防止該氧化還原媒介物的交叉擴散，並允許該等電活性離子(例如，鋰離子、鈉離子、鎂離子、鋁離子、銀離子、銅離子、質子、或其等之一組合)的移動。舉例而言，見上述的摘要章節。
該能源貯存器含有一電解液、電活性離子、電活性物質及一氧化還原媒介物。
一電解液係為一溶液在其中該等電活性離子係溶解於一溶劑中，諸如一極性質子溶劑、一非質子溶劑、及其等之一組合。該電活性離子的來源可以為該電活性離子之一化合物。一適合的化合物，舉例而言，亦見上述的摘要章節。該溶劑可以為水、碳酸鹽、醚、酯、酮、腈或其等之一組合。一碳酸鹽溶劑具有該化學式R1OC(O)OR2，在該者中R1與R2每一者獨立地可以為烷基或芳基。R1與R2亦可以一起形成一個環。例子包括，但不限於，碳酸丙烯酯(propylene carbonate)、碳酸1,2-丁烯酯(1,2-butylene carbonate)、碳酸順2,3-丁烯酯(cis-2,3-butylene carbonate)、碳酸反2,3-丁烯酯(trans-2,3-butylene carbonate)及碳酸二乙 酯(diethyl carbonate)。更多的碳酸鹽溶劑可以於Schäffner等人之”Chemical Reviews,110(8),4554(2010)”中找到的。一醚溶劑，該者可以為一聚醚溶劑，具有該化學式R1OR2。例子包括，但不限於，二甲醚、二甲氧乙烷、二氧陸圜(dioxane)、四氫呋喃、苯甲醚、冠醚及聚乙二醇。酮類具有該化學式R1C(O)R2。其可以為一個二酮、一不飽和酮及一環酮。例子包括，但不限於，丙酮、乙醯丙酮、苯乙酮(acetaphenone)、甲基乙烯基酮、γ-丁內酯及環己酮。
一電活性離子係為一離子其能夠被嵌入(例如插入該電活性物質中，並在一可充電電池放電期間穿由該電解液與該隔板從該陽極電極移動至該陰極電極，且在充電期間反之的。電活性離子的例子包括，但不限於，鋰離子、鈉離子、鎂離子、鋁離子、銀離子、銅離子、質子、氟離子、氫氧根離子及其等之一組合。對該電池系統而言，鋰離子係為較佳的。
一電活性物質係為一物質其於充電與放電期間可以儲存與釋放在電池中之一電活性離子者。假若該電活性物質具有一高電位(例如，在充電期間失去電子)，其於此係意指為一“陰極電活性物質”。假若該電活性物質具有一低電位(例如，在充電期間獲取電子)，其於此係意指為一“陽極電活性物質”。該電活性物質可以為固體、液體、半固體或凝膠。較佳地，其係為在充電/放電期間儲存並停留於該能源貯存器中之一固體。
一氧化還原媒介物意指存在(例如，溶解)於該電解液中 的一化合物，該者做為一分子梭(molecular shuttle)其在該能源貯存器中依據充電/放電於該電極與該電活性物質之間運送電荷。該p型氧化還原媒介物在該陰極電極與該陰極電活性物質之間運送電荷。該n型氧化還原媒介物在該陽極電極與該陽極電活性物質之間運送電荷。不受任何理論的約束，一旦充電，該p型氧化還原媒介物在該陰極電活性物質表面上係還原的，而在該陰極電極表面上係氧化的，且該n型氧化還原媒介物在該陽極電活性物質表面上係被氧化，而在該陽極電極表面上係被還原的。一旦放電，逆向的過程發生。
在另一實施例中，該氧化還原液流電池系統包括一電化學電池與一陰極能源貯存器。
該電化學電池包括一陰極室與一陽極室與一隔板。
該陰極能源貯存器含有電活性離子、陰極電活性物質、一p型氧化還原媒介物、及一電解液。該等電活性離子與該電解液係與該電化學電池一起於上文描述的。
該陰極電活性物質可以為一金屬氟化物(例如，CuF2、FeF2、FeF3、BiF3、CoF2及NiF2)、一金屬氧化物(例如，MnO2、V2O5、V6O11、Li2O2)、Li1-x-zM1-zPO4、(Li1-yZy)MPO4、LiMO2、LiM2O4、Li2MSiO4、一部分氟化化合物(例如，LiMPO4F與LiMSO4F，較佳地，LiVPO4F、LiFeSO4F)、Li2MnO3、硫或氧。M、Z、x、y與z之定義見上述的摘要章節。較佳地，該陰極電活性物質係為具平坦電位(flat potential)之一奈米結構物質。該固體陰極電活性物質之孔隙度、粒徑、形態 及微結構可以被最佳化以確保與一p型氧化還原媒介物在電解液中有效的氧化還原反應。
一p型氧化還原媒介物，該者係於該陰極能源貯存器與陰極室之間循環，可以為一茂金屬衍生物、三芳胺衍生物、吩噻嗪衍生物、吩噁嗪衍生物、咔唑衍生物、過渡金屬複合物、芳族衍生物、氮氧自由基、二硫化物、或其等之一組合。較佳地，其係為一茂金屬衍生物。
該茂金屬衍生物可以具有下列結構： 在上述該化學式中，M可以為Fe、Co、Ni、Cr或V；該環戊二烯環每一者獨立地可以被下列一或多個基團取代：F、Cl、Br、I、NO2、COOR、C1-20烷基、CF3及COR，其中R可以為H或C1-20烷基。
該三芳胺衍生物可以具有下列結構： 在上述該化學式中，該等苯環每一者獨立地可以被下列一或多個基團取代：F、Cl、Br、I、NO2、COOR、C1-20烷基、CF3及COR，其中R可以為H或C1-20烷基。
該吩噻嗪衍生物與該吩噁嗪衍生物可以具有下列結構： Ra可以為H或C1-20烷基，X可以為O或S，該等芳香族主體每一者可選地係由下列一或多個基團取代：F、Cl、Br、I、NO2、COOR、R、CF3及COR，其中R可以為H或C1-20烷基。
該咔唑衍生物可以具有下列結構： Rx可以為H或C1-20烷基，且該等芳香族主體每一者可選地係由下列一或多個基團取代：F、Cl、Br、I、NO2、COOR、C1-20烷基、CF3及COR，其中R可以為H或C1-20烷基。
該過渡金屬複合物可以具有下列結構： 在上述該等化學式中，M可以為Co、Ni、Fe、Mn、Ru或Os；該等芳香族主體每一者可選地係由下列一或多個基團取代：F、Cl、Br、I、NO2、COOR'、R'、CF3、COR'、OR'或NR'R"，R'與R"每一者獨立地為H或C1-20烷基；X、Y與Z每一者獨立地可以為F、Cl、Br、I、NO2、CN、NCSe、NCS或NCO；且Q與W每一者獨立地可以為 在這些化學式中，R1、R2、R3、R4、R5與R6每一者可以為F、Cl、Br、I、NO2、COOR'、R'、CF3、COR'、OR'或NR'R"。再次地，該等芳香族主體每一者可選地係由下列一或多個基團取代：F、Cl、Br、I、NO2、COOR'、C1-20烷基、CF3、COR'、OR'或NR'R"，其中R'與R"每一者獨立地為H或C1-20烷基。
該芳香族衍生物可以具有下列結構： 在這些化學式中，R1、R2、R3、R4、R5與R6每一者可以為C1-20烷基、F、Cl、Br、I、NO2、COOR'、CF3、COR'、OR'、OP(OR')(OR")或NR'R"，其中R'與R"每一者獨立地為H或C1-20烷基。
該氮氧自由基具有下列結構： 在這些化學式中，R1與R2每一者獨立地可以為C1-20烷基或芳基。R1、R2與N可以一起形成一雜芳基、雜芳烷基(heteroaraalkyl)或雜環烷基環。
該二硫化物具有下列結構：R1-S-S-R2在這些化學式中，R1與R2每一者獨立地可以為C1-20烷基、COOR'、CF3、COR'、OR'或NR'R"，其中R'與R"每一者獨立地可以為H或C1-20烷基。
在還另一實施例中，該氧化還原液流電池系統包括一陽極能源貯存器與一電化學電池。
該電化學電池包括由一隔板分隔的一陽極室與一陰極室。
該陽極能源貯存器含有電活性離子、陽極電活性物質、一n型氧化還原媒介物及一電解液。該等電活性離子與該電解液係與該電化學電池一起於上文描述的。
該陽極電活性物質可以為一碳質物質(例如石墨、硬碳、無序碳、與N、S或B摻雜的石墨碳合金、及具有N、S或B的無序碳合金)；一鈦酸鋰(例如，尖晶石Li4Ti5O12)；一金屬氧化物(例如TiO2、SnO、SnO2、Sb2O5、Fe2O3、CoO、Co3O4、NiO、CuO及MnOx，較佳地一奈米晶金屬氧化物)；一金屬、金屬合金、類金屬、類金屬合金(例如，Sn、Ga、In、Sn、Pb、Bi、Zn、Ag、Al、Si、Ge、B、As、Sb、Te、Se及其等之組合)；一共軛二羧酸；及鋰金屬。共軛二羧酸係為一有機化合物其在該分子內具有二或多個能夠與電活性離子結合的共軛羧酸基。共軛二羧酸的例子包括，但不限於，Li對苯二甲酸(Li2C8H4O4)與Li反-反-黏康酸酯(Li2C6H4O4)。更多的共軛二羧酸例子可以於Armand等人之” Nature Materials,8,120(2009)”中找到的。較佳地，該陽極電活性物質係為具備一平坦電位的奈米結構物質。該負電極物質之孔隙度、粒徑、形態及微結構可以被最佳化以確保與一n型氧化還原媒介物在電解液中有效的氧化還原反應。
一n型氧化還原媒介物，該者係存在於該電解液中並於該陽極能源貯存器與該陽極室之間循環，可以為一過渡金屬衍生物、一芳基衍生物、共軛羧酸衍生物、稀土金屬陽離子、或其等之一組合。
該過渡金屬衍生物可以具有下列結構： 在上述該等化學式中，M可以為Fe、Ru或Os；該等芳香族主體每一者可選地係由下列一或多個基團取代：F、Cl、Br、I、NO2、COOR'、R'、CF3、COR'、OR'或NR'R"，R'與R"每一者獨立地為H或C1-20烷基；X、Y與Z每一者獨立地可以為F、Cl、Br、I、NO2、CN、NCSe、NCS或NCO；且Q與W每一者獨立地可以為 在這些化學式中，R1、R2、R3、R4、R5與R6每一者可以為F、 Cl、Br、I、NO2、COOR'、R'、CF3、COR'、OR'或NR'R"。再次地，該等芳香族主體每一者可選地係由下列一或多個基團取代：F、Cl、Br、I、NO2、COOR'、C1-20烷基、CF3、COR'、OR'或NR'R"，其中R'與R"每一者獨立地可以為H或C1-20烷基。
該芳基衍生物可以具有下列結構： 在上述該等化學式中，該苯環可以由下列一或多個基團取代：F、Cl、Br、I、NO2、C1-20烷基、CF3、COOR'、OR'、COR'或NR'R"，其中R'與R"每一者獨立地可以為H或C1-20烷基。
該共軛羧酸衍生物可以具有下列結構： 在上述化學式中，R可以為F、Cl、Br、I、NO2、C1-20烷基、CF3、COOR'、OR'、COR'或NR'R"；該苯環可以由下列一或多個基團取代：F、Cl、Br、I、NO2、C1-20烷基、CF3、COOR'、OR'、COR'或NR'R"，其中R'與R"每一者獨立地可以為H或C1-20烷基。注意的是，上文描述之該共軛羧酸衍生物係於一陰離子形式中，該者可以存在於該電解液中。此衍生物亦可以在一酸形式或鹽形式中。
一稀土金屬係為週期表中該十五鑭系元素中之一、鈧與釔。一稀土金屬陽離子係為該帶正電離子的稀土金屬原子。
國際專利申請公開案WO 2007/116363號提供許多p型 氧化還原媒介物(又知悉為p型氧化還原活性化合物、p型氧化還原分子或p型梭分子)的例子，且進一步提供許多n型氧化還原媒介物(亦知悉為n型氧化還原活性化合物、n型氧化還原分子或n型梭分子)的例子。
在又一實施例中，該氧化還原液流電池系統包括一陰極能源貯存器、一陽極能源貯存器及一電化學電池。
還在此發明之發明範圍內的係為一氧化還原液流電池系統，該者包括一陰極能源貯存器、一陽極能源貯存器及數個電化學電池。
可選地，此發明之該電池系統具有一控制元件，諸如用於驅動該能源貯存器與該電化學電池之間電解液流動的一泵。藉由調結該泵的速度，該兩電極上流動的速度與方向係可以被控制的。
此發明之該電池系統較諸傳統的氧化還原液流電池者具有一較高的能源密度。相較於鋰離子電池，此系統不要求一龐大的導電添加劑與一大量的黏結劑，節省空間用於更多的電活性物質，且從而進一步提高其能源密度。此外，該電池系統藉由以一已充電者取代其能源貯存器可以迅速補給的(在類似對一內燃機補充燃油箱的方式中)。該能源貯存器然後係從外部充電。該能源貯存器含有大批該電池系統的電活性物質。在運作期間，僅有少量的氧化還原媒介物流入該電化學電池中。該電池之安全性從而係大大改良的。
該術語“烷基”於此意指含1-20個碳原子之直鏈或支鏈烴基。烷基基團之例子包括，但不限於，甲基、乙基、正 丙基、異丙基、正丁基、異丁基及叔丁基。該術語“芳基”(意即“芳族”)意指一6碳單環、10碳雙環、14碳三環芳族環系統，其中每個環可以具有1至4取代基。芳基之例子包括，但不限於，苯基、萘基及蒽基。
該術語“雜芳基”意指一芳族5-8元單環、8-12元雙環、或11-14元三環環系統其具有一或多個雜原子(諸如N)者。雜芳基基團之例子包括吡啶、咪唑、苯並咪唑、嘧啶、喹啉及吲哚。該術語“雜芳基烷基”(heteroaralkyl)意指以一雜芳基基團取代的烷基。
該術語“雜環烷基”意指具有一或多個雜原子(諸如N)的非芳族5-8元單環、8-12元雙環或11-14元三環環系統。雜環烷基基團之例子包括但不限於哌嗪基(piperazinyl)、吡咯啉啶基(pyrrolidinyl)及嗎啉基(morpholinyl)。
不用進一步的闡述，係為相信的是，熟習該項技藝者基於於此的說明，可以利用本發明至其最大限度。於此列舉的所有發表係以其整體併入以做為參考。
例子
一氧化還原液流鋰半電池係組裝的。在此種電池中，石墨板係使用做為該陰極電極，二茂鐵(50 mmol/L)做為該p型氧化還原媒介物，LiFePO4粉末做為該陰極電活性物質，鋰箔做為該陽極電極，LISCON玻璃陶瓷膜(150 μm)做為該隔板，LiPF6(1000 mmol/L)做為該電解液，及DMC：EC(1：1,v/v)做為該溶劑。
一類似的半電池亦組裝的。此係一致於剛剛所描述 者，除了1,1'-二溴二茂鐵(50 mmol/L)係使用做為該p型氧化還原媒介物。
該貯存器係經由一出水口連接至該陰極室，用於從該能源貯存器遞送電解液至該陰極室，且亦經由一入水口連接至該陰極室，用於從該陰極室返回電解液至該貯存器。該電解液係藉由一蠕動泵循環。
該兩電池係於0.2 mA/cm2之一恆定電流密度與對Li+/Li閾值電壓分別為2.60及4.20 V下測試。出乎意料地，對該二電池而言，超過70%儲存於該貯存器中的LiFePO4在該充電/放電過程中係反應的。
其它實施例
在此說明書中所揭露的所有特徵可能在任意組合中組合的。在此說明書中所揭露的每一特徵可能由作用相同、同等、或類似目的之替代特徵所取代。因此，除非另有明文規定，每個揭露的特徵係僅僅為一通用系列相同或類似的特徵之一例子。
從上述之說明，熟習該項技藝者可以很輕易地確定本發明的本質特性，且不用悖離其等之精神與發明範圍，可以做出本發明之各種變化與修飾，以適於各種用途及情況。因此，其它實施例亦於該等訴求項之內。

Claims (23)

  1. 一種氧化還原液流電池系統，其具有一電化學電池，該系統包含：一具有陰極電極之陰極室；一具有陽極電極之陽極室；一能源貯存器(i)含有儲存電活性離子之一電活性物質、含有該電活性離子之一電解液、及存在於該電解液中之一氧化還原媒介物，且(ii)經由用於遞送該電解液從該能源貯存器至該陰極室或該陽極室之一出水口，且亦經由用於從該陰極室或該陽極室返回該電解液至該貯存器之一入水口，連接至該陰極室或該陽極室之兩者的任一者；及一隔板，其係於分隔該陰極室與該陽極室的同時，允許該電活性離子於其間移動。
  2. 如申請專利範圍第1項之電池系統，其中該電活性離子係為鋰離子、鈉離子、鎂離子、鋁離子、銀離子、銅離子、質子、氟離子、氫氧根離子或其等之組合。
  3. 如申請專利範圍第2項之電池系統，其中該能源貯存器係連接至該陰極室，於其中之該電活性物質係為一陰極電活性物質，且在其中之該氧化還原媒介物係為一p型氧化還原媒介物。
  4. 如申請專利範圍第2項之電池系統，其中該能源貯存器係連接至該陽極室，於其中之該電活性物質係為一陽極電活性物質，且在其中之該氧化還原媒介物係為一n型 氧化還原媒介物。
  5. 如申請專利範圍第2項之電池系統，其中電活性離子係為鋰離子。
  6. 如申請專利範圍第5項之電池系統，其中該能源貯存器係連接至該陰極室，於其中之該電活性物質係為一陰極電活性物質，且在其中之該氧化還原媒介物係為一p型氧化還原媒介物。
  7. 如申請專利範圍第6項之電池系統，其中該陰極電活性物質係為一金屬氟化物、金屬氧化物、Li1-x-zM1-zPO4、(Li1-yZy)MPO4、LiMO2、LiM2O4、Li2MSiO4、LiMPO4F、LiMSO4F、Li2MnO3、硫、氧或其等之組合，其中，M係為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、或Ni，Z係為Ti、Zr、Nb、Al或Mg，x係為0至1，y係為0至0.1，且z係為-0.5至0.5；該電解液係為一溶液，且在該者中一或多個鋰鹽係溶解於一極性質子溶劑、一非質子溶劑，或其等之組合；該p型氧化還原媒介物係為一茂金屬衍生物、三芳胺衍生物、吩噻嗪衍生物、吩噁嗪衍生物、咔唑衍生物、過渡金屬複合物、芳族衍生物、氮氧自由基、二硫化物、或其等之組合；且該隔板係為一鋰離子傳導膜。
  8. 如申請專利範圍第7項之電池系統，其中該陰極電活性物質係為LiFePO4、LiMnPO4、LiVPO4F、LiFeSO4F、LiNi0.5Mn0.5O2、 LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、或其等之組合；該電解液係為一溶液，且在其中LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2F)2、LiC(SO2CF3)3、Li[N(SO2C4F9)(SO2F)]、LiAlO4、LiAlCl4、LiCl、LiI、二草酸硼酸鋰、或其等之組合係溶解於水、碳酸鹽、醚、酯、酮、腈或其等之組合中；該p型氧化還原媒介物係為一茂金屬衍生物；且該隔板係為一鋰磷氮氧化物玻璃、硫代磷酸鋰玻璃、NASICON型鋰傳導玻璃陶瓷、石榴石型鋰傳導玻璃陶瓷、陶瓷奈米過濾膜、鋰離子交換膜，或其等之組合。
  9. 如申請專利範圍第5項之電池系統，其中該能源貯存器係連接至該陽極室，於其中之該電活性物質係為一陽極電活性物質，且在其中之該氧化還原媒介物係為一n型氧化還原媒介物。
  10. 如申請專利範圍第9項之電池系統，其中該陽極電活性物質係為一碳質物質、鈦酸鋰、金屬氧化物、金屬、金屬合金、類金屬、類金屬合金、共軛二羧酸、或其等之組合；該電解液係為一溶液，且在其中一或多個鋰鹽係溶解於一極性質子溶劑、一非質子溶劑、或其等之組合；該n型氧化還原媒介物係為一過渡金屬衍生物、芳 基衍生物、共軛羧酸衍生物、稀土金屬陽離子、或其等之組合；且該隔板係為一鋰離子傳導膜，其限制條件為當該陽極電活性物質含有一鋰金屬時，該電解液為一溶液，且在其中一或多個鋰鹽溶解於一非質子有機溶劑中。
  11. 如申請專利範圍第10項之電池系統，其中該陽極電活性物質係為Li4Ti5O12、TiO2、Si、Al、Sn、Sb、碳質物質、或其等之組合；該電解液係為一溶液在其中LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2F)2、LiC(SO2CF3)3、Li[N(SO2C4F9)(SO2F)]、LiAlO4、LiAlCl4、LiCl、LiI、二草酸硼酸鋰、或其等之組合係溶解於水、碳酸鹽、醚、酯、酮、腈或其等之組合中；該n型氧化還原媒介物係為一過渡金屬衍生物、芳基衍生物、或其等之組合；且該隔板係為一鋰磷氮氧化物玻璃、硫代磷酸鋰玻璃、NASICON型鋰傳導玻璃陶瓷、石榴石型鋰傳導玻璃陶瓷、陶瓷奈米過濾膜、鋰離子交換膜，或其等之組合。
  12. 如申請專利範圍第1項之電池系統，其中該陰極電極係為碳、金屬、或其等之組合；且該陽極電極係為碳、金屬、或其等之組合。
  13. 如申請專利範圍第12項之電池系統，其中該能源貯存器係連接至該陰極室；於其中之該電活性物質係為一金屬氟化物、金屬氧化物、Li1-x-zM1-zPO4、(Li1-yZy)MPO4、LiMO2、LiM2O4、Li2MSiO4、LiMPO4F、LiMSO4F、Li2MnO3、硫、氧或其等之組合，其中，M係為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、或Ni，Z係為Ti、Zr、Nb、Al或Mg，x係為0至1，y係為0至0.1，且z係為-0.5至0.5；該電解液係為一溶液，在該者中一或多個鋰鹽係溶解於一極性質子溶劑、一非質子溶劑，或其等之組合；且於其中之該氧化還原媒介物係為一p型氧化還原媒介物。
  14. 如申請專利範圍第12項之電池系統，其中該能源貯存器係連接至該陽極室；於其中之該電活性物質係為一碳質物質、鈦酸鋰、金屬氧化物、共軛二羧酸、金屬、金屬合金、類金屬、類金屬合金、鋰金屬或其等之組合；該電解液係為一溶液在其中一或多個鋰鹽係溶解於一極性質子溶劑、一非質子溶劑、或其等之組合；且於其中之該氧化還原媒介物係為一n型氧化還原媒介物，其限制條件為當該陽極電活性物質含有一鋰金屬時，該電解液係為一溶液，且在其中一或多個鋰鹽溶解 於一非質子有機溶劑中。
  15. 如申請專利範圍第1項之電池系統，其進一步包含一第二能源貯存器，其中該二能源貯存器之一者係連接至該陰極室，在該者中，該電活性物質係為一陰極電活性物質，而該氧化還原媒介物係為一p型氧化還原媒介物；且另一能源貯存器係連接至該陽極室，在該者中，該電活性物質係為一陽極電活性物質，而該氧化還原媒介物係為一n型氧化還原媒介物。
  16. 如申請專利範圍第15項之電池系統，其中該電活性離子係為鋰離子、鈉離子、鎂離子、鋁離子、銀離子、銅離子、質子、氟離子、氫氧根離子及其等之組合。
  17. 如申請專利範圍第16項之電池系統，其中該電活性離子係為鋰離子。
  18. 如申請專利範圍第17項之電池系統，其中該陰極電活性物質係為一金屬氟化物、金屬氧化物、Li1-x-zM1-zPO4、(Li1-yZy)MPO4、LiMO2、LiM2O4、Li2MSiO4、LiMPO4F、LiMSO4F、Li2MnO3、硫、氧或其等之組合，其中，M係為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、或Ni，Z係為Ti、Zr、Nb、Al或Mg，x係為0至1，y係為0至0.1，且z係為-0.5至0.5；該陽極電活性物質係為一碳質物質、鈦酸鋰、金屬氧化物、共軛二羧酸、金屬、金屬合金、類金屬、類金屬合金、或其等之組合； 該電解液係為一溶液，且在該者中一或多個鋰鹽係溶解於一極性質子溶劑、一非質子溶劑，或其等之組合；該p型氧化還原媒介物係為一茂金屬衍生物、三芳胺衍生物、吩噻嗪衍生物、吩噁嗪衍生物、咔唑衍生物、過渡金屬複合物、芳族衍生物、氮氧自由基、二硫化物、或其等之組合；該n型氧化還原媒介物係為一過渡金屬衍生物、芳基衍生物、共軛羧酸衍生物、稀土金屬陽離子、或其等之組合；且該隔板係為一鋰離子傳導膜，其限制條件為當該陽極電活性物質含有一鋰金屬時，該電解液為一溶液，且在其中一或多個鋰鹽溶解於一非質子有機溶劑中。
  19. 如申請專利範圍第18項之電池系統，其中該陰極電活性物質係為LiFePO4、LiMnPO4、LiVPO4F、LiFeSO4F、LiNi0.5Mn0.5O2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、或其等之組合；該陽極電活性物質係為Li4Ti5O12、TiO2、Si、Al、Sn、Sb、碳質物質、或其等之組合；該電解液係為一溶液在其中LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2F)2、LiC(SO2CF3)3、Li[N(SO2C4F9)(SO2F)]、LiAlO4、LiAlCl4、LiCl、LiI、 二草酸硼酸鋰、或其等之組合係溶解於水、碳酸鹽、醚、酯、酮、腈或其等之組合中；該p型氧化還原媒介物係為一茂金屬衍生物；該n型氧化還原媒介物係為一過渡金屬衍生物、芳基衍生物、或其等之組合；且該隔板係為一鋰磷氮氧化物玻璃、硫代磷酸鋰玻璃、NASICON型鋰傳導玻璃陶瓷、石榴石型鋰傳導玻璃陶瓷、陶瓷奈米過濾膜、鋰離子交換膜，或其等之組合。
  20. 如申請專利範圍第17項之電池系統，其中該陰極電極係為碳、金屬、或其等之組合；且該陽極電極係為碳、金屬、或其等之組合。
  21. 如申請專利範圍第20項之電池系統，其中該陰極電活性物質係為一金屬氟化物、金屬氧化物、Li1-x-zM1-zPO4、(Li1-yZy)MPO4、LiMO2、LiM2O4、Li2MSiO4、LiMPO4F、LiMSO4F、Li2MnO3、硫、氧或其等之組合，其中，M係為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、或Ni，Z係為Ti、Zr、Nb、Al或Mg，x係為0至1，y係為0至0.1，且z係為-0.5至0.5；該陽極電活性物質係為一碳質物質、鈦酸鋰、金屬氧化物、共軛二羧酸、金屬、金屬合金、類金屬、類金屬合金、或其等之組合；該電解液係為一溶液在其中一或多個鋰鹽係溶解於一極性質子溶劑、一非質子溶劑，或其等之組合； 該p型氧化還原媒介物係為一茂金屬衍生物、三芳胺衍生物、吩噻嗪衍生物、吩噁嗪衍生物、咔唑衍生物、過渡金屬複合物、芳族衍生物、氮氧自由基、二硫化物、或其等之組合；該n型氧化還原媒介物係為一過渡金屬衍生物、芳基衍生物、共軛羧酸衍生物、稀土金屬陽離子、或其等之組合；且該隔板係為一鋰離子傳導膜，其限制條件為當該陽極電活性物質含有一鋰金屬時，該電解液為一溶液，且在其中一或多個鋰鹽係溶解於一非質子有機溶劑中。
  22. 如申請專利範圍第21項之電池系統，其中該陰極電活性物質係為LiFePO4、LiMnPO4、LiVPO4F、LiFeSO4F、LiNi0.5Mn0.5O2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、或其等之組合；該陽極電活性物質係為Li4Ti5O12、TiO2、Si、Al、Sn、Sb、碳質物質、或其等之組合；該電解液係為一溶液在其中LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2F)2、LiC(SO2CF3)3、Li[N(SO2C4F9)(SO2F)]、LiAlO4、LiAlCl4、LiCl、LiI、二草酸硼酸鋰、或其等之組合係溶解於水、碳酸鹽、醚、酯、酮、腈或其等之組合中； 該p型氧化還原媒介物係為一茂金屬衍生物；該n型氧化還原媒介物係為一過渡金屬衍生物、芳基衍生物、或其等之組合；且該隔板係為一鋰磷氮氧化物玻璃、硫代磷酸鋰玻璃、NASICON型鋰傳導玻璃陶瓷、石榴石型鋰傳導玻璃陶瓷、陶瓷奈米過濾膜、鋰離子交換膜，或其等之組合。
  23. 如申請專利範圍第1項之電池系統，其中該電池系統具有數個電化學電池，該陰極電極係連接至一或多個其它電池或至一外部負載，且該陽極電極係連接至一或多個其他電池或至一外部負載。
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