TW202329519A - 用於再平衡液流電池組荷電狀態之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本文中描述維持電池組之荷電狀態同時維持該電池組自身內之滲透壓力的液流電池組系統的改良。本文中揭露不需要使用可燃氫儲存或複雜電源供應設備之液流電池組及維持其中之荷電狀態的方法。

Description

用於再平衡液流電池組荷電狀態之系統及方法
相關申請案
本申請案作為PCT國際專利申請案在2022年11月16日申請，且主張2021年11月16日申請的美國臨時專利申請案第63/279,928號之權益及優先權，該美國臨時專利申請案之全部揭露內容以全文引用之方式併入本文中。 發明領域
本發明大體上係關於能量儲存。更特定言之，實施例係關於調節氧化還原液流電池組反應物之荷電狀態的電化學再平衡系統、裝置及方法。
發明背景
液流電池組獲取二種液相或溶液相化學物質——負電解質(negative electrolyte)(亦稱作陽極電解質或負電解質(negolyte))及正電解質(positive electrolyte)(亦稱作陰極電解質或正電解質(posolyte))，且使其分別在稱作液流電池組堆疊之裝置的負電極及正電極處反應，該液流電池組堆疊由一或多個液流電池組電池構成。此等液流電池組電池為電化學電池。電池組堆疊自化學反應提取電能。已用的化學物質保留在其單獨槽中且可藉由來自如太陽電池板之來源的電力而再充電，此使得化學反應反向發生。
由於同一堆疊在液流電池組放電期間操作為賈法尼電池(galvanic cell)且在液流電池組充電期間操作為電解電池(electrolytic cell)，因此為清楚起見，術語 陽極( anode)、 陰極( cathode)、 陽極電解質( anolyte)或 陰極電解質( catholyte)將不用於本文件之其餘部分中。此係因為視電池充電或放電而定，可將同一電極稱作陽極或陰極。將替代地使用術語 負電極( negative electrode)、 正電極( positive electrode)、 負電解質( negolyte)或 正電解質( posolyte)。
就較長的能量儲存持續時間而論，液流電池組比Li離子等固體電極電池組更具優勢。較長持續時間電池組可藉由簡單地使用正電解質或負電解質之較大槽而產生，而無需在不必要的大型液流電池組堆疊上花費金錢。在實際條件下操作之液流電池組的一個實用考慮因素為大氣氧隨時間推移對反應物的影響。在概念上，液流電池組為不對外部大氣開放之密封系統，但實際上，空氣中的氧可經由塑膠電解質槽之壁擴散或經由可存在於整個液流電池組系統中之微觀洩漏及裂痕進入，該液流電池組系統包括電解質槽、套管或管路、管配件、泵、液流電池組電池或堆疊等等。
液流電池組之許多實例使用在至少一個氧化還原狀態下具與氧之反應性的至少一種反應物。舉例而言，包含紫精、醌、鉻等等之液流電池組負電解質由於與氧反應而容易地自其還原形式轉化成其氧化形式。另外，負電解質中之溶解氧可在電池組之負電極處還原成氫氧化物。
圖 1中說明氧對液流電池組之長期操作的不利影響。為簡單起見，液流電池組之此說明中提供足夠負電解質及正電解質以在各電解質中儲存100安培小時(amp-hour；Ah)之電荷。負電解質及正電解質在其分別與負電極及正電極(未示出)接觸時循環進入液流電池組堆疊中及自液流電池組堆疊循環出(負電解質槽與正電解質槽之間的矩形，其中未示出隨附的泵)。離子選擇性膜(亦未示出)將負電極與正電極分隔開且防止負電解質及正電解質混合，同時仍准許電荷以小離子形式流動。此等離子可為質子(或水合氫離子)、鹼金屬離子、鹵化物離子、硫酸根離子、銨離子、過氯酸根離子等等。此等離子可具有與正電解質及負電解質中之氧化還原活性物種相同的電荷正負號(正或負)，或其可具有不同的電荷正負號。跨越膜之確切離子或離子之組合取決於膜的類型(例如，陰離子選擇性膜或陽離子選擇性膜)、負電解質pH及正電解質pH以及負電解質溶液及正電解質溶液自身之組成。
在完全放電狀態( 圖 1a)下，負電解質徹底地以氧化狀態存在且正電解質徹底地以還原狀態存在(在本文中表示為0/100 Ah)。當外部電位施加至液流電池組堆疊之負電極及正電極時，在電子自正電解質提取(亦即，正電解質氧化)且轉移至負電解質(亦即，負電解質還原)時，液流電池組充電。因此，電子經過外部電路自正電極流動至負電極，而離子跨過離子選擇性膜自正電解質流動至負電解質，或反之亦然，此取決於離子之正負號，以確保保持電荷中性。在完全充電狀態下，(表示為100/100 Ah， 圖 1b)，負電解質以完全還原狀態存在且正電解質以完全氧化狀態存在。應注意，負電解質或正電解質可各自具有多於二種可接近氧化還原狀態，在此情況下，術語「完全(fully)」可能並不準確，但在此實例中，其各自具有二種可接近氧化還原狀態。最後，充電的液流電池組可放電，其中電子及離子在相較於充電過程相反的方向上流動，藉此使其返回至原始放電狀態(0/100 Ah， 圖 1c)。因此，在此實例中，液流電池組容量為100 Ah。
當氧與負電解質及/或正電解質反應時，出現複雜情況。最頻繁地，如上文所提及，處於還原狀態的負電解質可藉由氧再氧化，且藉此放電。在此情況下，在充電( 圖1d)、儲存(未示出)及放電( 圖1e)過程期間，由於氧對還原的負電解質之作用，負電解質之部分放電。即使此變化為可逆的，但其導致各電解質之荷電狀態(SOC)不平衡，藉此將液流電池組之淨容量減少至98 Ah。電解質溶液之SOC為溶液中處於「充電(charged)」或更通電狀態之所有氧化還原活性材料的百分比。在負電解質之情況下，其為還原的氧化還原活性負電解質之百分比，且在正電解質之情況下，其為氧化的氧化還原活性正電解質之百分比。舉例而言，若負電解質溶液具有20%處於還原狀態及80%處於氧化狀態之活性材料，則負電解質SOC將為20%。若正電解質溶液具有25%處於還原狀態及75%處於氧化狀態之活性材料，則正電解質SOC將為75%。氧化還原液流電池組之SOC為在任何給定時間儲存於氧化還原液流電池組中之可藉由使液流電池組放電而提取的電荷，為可儲存於液流電池組中之最大電荷之百分比。因此，具備具有20/100 Ah之容量的負電解質及具有60/100 Ah之容量的正電解質之氧化還原液流電池組在其完全放電之情況下將具有容量為0/100 Ah之負電解質及容量為40/100 Ah之正電解質，且在其完全充電之情況下將具有容量為60/100 Ah之負電解質及容量為100/100 Ah之正電解質。因此，包含此等負電解質及正電解質溶液之液流電池組之容量為60 Ah，且液流電池組之SOC將為20/60 = 33.3%。應注意，液流電池組之一個特徵為正電解質及負電解質之量、體積或電荷容量不必相等。其中之一者可大於另一者。為簡單起見， 圖 1中呈現相等容量。
最終，在存在氧的情況下多次循環之後，液流電池組之容量將由於正電解質與負電解質之間增長的SOC不平衡而顯著下降( 圖1f)，即使氧化還原活性材料中無一者由於洩漏、分解等等而損失。某些被動方法(諸如用以排除氧之更佳系統密封，或藉由惰性氣體加壓正電解質及負電解質儲集器之頂部空間)可延遲但不會逆轉SOC不平衡之效應。因此，用以移除正電解質與負電解質之間之SOC不平衡(或保持SOC平衡)的系統或方法對於真實世界條件中之液流電池組之可持續長期操作為必要的。
存在可經由寄生反應(諸如在充電期間負電極處之析氫、在充電期間正電極處之析氧)而誘發液流電池組系統中之SOC不平衡的其他機制。此常見於液流電池組中，該等液流電池組使用充當用於此等副反應之電催化劑的金屬反應物，諸如鐵/鐵化學物質(例如，Fe(0)/Fe(II)負電解質、Fe(II)/Fe(III)正電解質)，或使用可能含有作為用於此等副反應之電催化劑的某些金屬污染物的反應物。經設計以在充電期間在負電極處鍍覆諸如鋅或鐵之金屬的一些液流電池組化學物質亦可使經鍍覆金屬受酸性或鹼性電解質腐蝕以形成氫氣。迄今為止已報告若干類型之再平衡電池。該等再平衡電池中之一些利用氫氣作為化學或電化學再平衡反應物，其他再平衡電池使用酸性介質中之鐵離子及金屬鐵作為再平衡反應物，且另外其他再平衡電池使用除化學及電化學電池以外的光化學電池。其他再平衡電池專注於藉由在三腔室再平衡電池中併入雙極膜且使負電解質或正電解質之任一者流動(而非使負電解質或正電解質二者流動)至再平衡電池之電極隔室中來恢復負電解質及正電解質溶液中之適當pH且並不明顯地改變任一電解質溶液之SOC。
水性有機液流電池組之關鍵優勢中之一者為系統的不可燃性質。因此，使用可燃氫氣作為再平衡反應物之再平衡系統的使用違背此類系統之目的，且限制其在要求不可燃性質或以不可燃性質為優勢之環境中的使用。無論是否可燃，外部供應再平衡反應物同樣不便。另外，光化學再平衡電池亦將需要光源，該光源未必總是實用且增加成本。
因此，提供一種可以上文所描述之方式維持水性有機液流電池組之SOC而不增加可燃性、複雜度或成本的系統為合乎需要的。水性有機電池組技術之最新進展包括不需要外部再平衡試劑之方法。二種方法均將負電解質或正電解質之任一者之還原與自正電極之析氧結合。在一種此類方法中，Poli等人已發現用於釩氧化還原液流電池組之再平衡技術。 Poli等人, Novel electrolyte rebalancing method for vanadium redox flow batteries, 405 化學工程期刊(Chem. Eng. J) 126583 (2021)。在此方法中，正電解質之一部分饋入至再平衡電池中。使正電解質與再平衡電池之正電極及負電極接觸，其中電流減少再平衡電池負電極處之釩物種之SOC，且再平衡電池正電極處發生析氧，該再平衡電池正電極包含氧化銥(IV)(IrO 2)作為析氧催化劑。
然而，此方法具有一些缺點。再平衡之庫倫效率較低，約80%；相比而言，液流電池組之平均庫倫效率常規地超過99%。此方法之低庫倫效率可能來自二個來源：(a)再平衡電池負電極處之過度還原，及(b)允許接觸再平衡電池正電極之正電解質活性材料。若正電解質SOC低於100%，則再平衡電池正電極處之電流中之一些將用於還原正電解質，而非氧化水以析出氧。接下來，再平衡系統需要藉由UV/Vis分光光度計及數值模型監測負電解質SOC，以判定再平衡之最佳端點，此為費力的且增加成本。最後，IrO 2析氧電催化劑亦極其昂貴，此使得再平衡電池之成本與母液流電池組系統自身相當。
在第二方法中，由Páez等人報導，氧化還原液流電池組電池自身用作再平衡電池而非外部系統。Páez等人, Mitigating Capacity Fading in Aqueous Organic Redox Flow Batteries through a Simple Electrochemical Charge Balancing Protocol. 電源雜誌( J . Power Sources ). 2021, 512, 230516。此處，醌或啡負電解質與亞鐵氰化物/鐵氰化物正電解質(Fe(CN))在強鹼性pH下配對。藉由施加遠高於在充電液流電池組時通常遇到之典型充電電壓的充電電壓來在液流電池組電池之正電極處釋放所吸收氧。此電壓足夠高以使得在正電極處發生析氧。雖然此報告之作者使用石墨氈作為正電極，但其亦升高在正電極上包括析氧反應(OER)催化劑(諸如Ni(OH) 2)以促進析氧之可能性。
此方法存在若干額外缺點。首先，由於相同電極用於充電及放電氧化還原液流電池組，且亦用於再平衡方法，因此再平衡無法與氧化還原液流電池組之循環同時進行。其次，此報告中之正電極材料(碳)通常與析氧所需之高電壓不相容，該等正電極材料在該方法中往往會氧化。
在將再平衡方法與一個電極處之析氧結合的二個以上實例中，即使再平衡方法實際上恢復負電解質與正電解質儲集器之間的電化學平衡，此情況以在二個儲集器之間引入滲透不平衡為代價。負電解質或負電極處之氧還原將氫氧根離子引入至負電解質溶液，但正電極處之析氧耗盡來自正電解質溶液之氫氧根離子，根據半電池方程式： 負電極： O 2+ 2H 2O + 4e − à4OH −------- 產生OH −離子 正電極： 4OH − àO 2+ 2H 2O + 4e −------- 消耗OH −離子 淨結果為負電解質中之滲透壓力增加且正電解質中之滲透壓力減小，此繼而導致水自正電解質輸送至負電解質，其亦導致負電解質稀釋，正電解質濃縮，且最終導致電池故障。實際上，Páez等人將非所需水經由此滲透不平衡輸送識別為未解決的主要問題。
最後，已報導，一些醌反應物在用作氧化還原液流電池組負電解質時經歷分解過程，該分解過程可經由通氣或電化學氧化反向，從而導致恢復損失的氧化還原液流電池組容量。另外能夠在負電解質上進行容量恢復之再平衡電池將能夠實現且尚未報導。
因此，將需要在不引入滲透壓力不平衡或導致分解之情況下增加水性有機電池組之SOC，藉此維持電池組之使用壽命及可用性。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種氧化還原液流電池組系統，其包含：一氧化還原液流電池組設備，其包含：一第一槽，其包含一負電解質溶液；一第二槽，其包含一正電解質溶液；以及一液流電池組堆疊，其能夠自該負電解質溶液及該正電解質溶液之一化學反應提取電能，並能夠供應電能以引起該負電解質溶液及該正電解質溶液中之逆反應；一再平衡設備，其包含：一第一電極；以及一第二電極，其包含一析氧反應催化劑，該再平衡設備經組配以自作為該第一槽及該第二槽中之一者的一源槽接收該負電解質溶液或該正電解質溶液中之至少一者，使該源槽之該負電解質溶液或該正電解質溶液改質，且將該經改質溶液返回至該源槽；其中該液流電池組堆疊經組配以自該第一槽接收該負電解質溶液且將負電解質溶液返回至該第一槽，且自該第二槽接收該正電解質溶液且將正電解質溶液返回至該第二槽。
較佳實施例之詳細說明
鑒於迄今為止已報導之用於氧化還原液流電池組的再平衡電池及系統，相對便宜且操作簡單之再平衡電池對於氧化還原液流電池組系統之商用部署而言為高度理想的。
本文中描述包含氧化還原液流電池組之第一電化學系統及包含再平衡電池之第二電化學系統。氧化還原液流電池組可包含用於負電解質及正電解質之多種化學物質，包括釩-釩、鋅-溴、鉻-鐵、鐵-鐵、與金屬錯合物配對之金屬錯合物、與亞鐵氰化物/鐵氰化物(Fe(CN))配對之金屬錯合物、與Fe(CN)配對之醌、與二茂鐵衍生物配對之紫精衍生物，及先前技術中之許多其他實例。負電解質及正電解質溶液中之一者或二者亦可包含一或多種支援電解質，其通常添加以確保溶液處於正確pH且以改良負電解質及正電解質溶液之電導率。支援電解質之實例包括強酸，諸如硫酸或鹽酸；強鹼，諸如氫氧化鈉或氫氧化鉀；中性鹽，諸如硫酸鈉或氯化鉀；或pH緩衝液，諸如磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、碳酸氫鈉等等。負電解質及正電解質溶液亦可包括添加劑以改良溶液中之活性材料之溶解度。負電解質及正電解質溶液之溶劑為水。
負電解質及正電解質溶液之量、體積或電荷容量不必彼此相等或大體上相等。其可為任何任意量。在一些實施例中，在氧化還原液流電池組中供應過量負電解質或正電解質之任一者為有利的。以此方式，氧化還原液流電池組能夠在需要再平衡之前經歷較大量之寄生反應。此將使得能夠較不頻繁地進行再平衡。在上述實例中，自 圖 1a à 圖1d à 圖1e à 圖1f，正電解質快速變為氧化還原液流電池組之容量限制側。若正電解質容量為110 Ah而非100 Ah，則系統將維持其可接近容量為完全100 Ah，直至正電解質在液流電池組之完全放電狀態下達到10/110 Ah之SOC，而非自開始便損失其可接近容量。
氧化還原液流電池組亦可包含僅單個電化學電池或包含具有相同或不同大小、串聯或並聯配置以形成電化學堆疊之多於一個電池；在下文，術語「電池(cell)」或「堆疊(stack)」之使用亦應理解為可互換，亦即一或多個電池，在提及此或任何其他電化學系統時亦應如此。
再平衡電池包含再平衡電池負電極及再平衡電池正電極，其通過零個、一個或二個隔板分隔開以分別定義一個、二個或三個不同腔室。隔板可獨立地為微孔隔板(例如Celgard)、陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜或其任何組合。再平衡電池經組配以接收自負電解質或正電解質儲集器輸入至系統之腔室中之至少一者中的流體且將流體輸出回至同一負電解質或正電解質儲集器，該腔室包含再平衡電池負電極。因此，自負電解質儲集器移動之流體流經再平衡電池負電極且返回至負電解質儲集器，或來自正電解質儲集器之流體流經再平衡電池負電極且返回至正電解質儲集器。在一些實施例中，再平衡電池可視需要藉助於閥或類似流動控制器自負電解質或正電解質儲集器可逆地流體地斷開連接或再連接至負電解質或正電解質儲集器。在一些實施例中，再平衡電池不與負電解質或正電解質儲集器之任一者分隔開，而是整合至負電解質或正電解質儲集器中之一者中。在其他實施例中，再平衡電池如前所述整合至負電解質或正電解質儲集器中之一者中，但可藉助於抽出電極、用空氣或惰性氣體包圍電極、整合至負電解質或正電解質儲集器中之閥等等防止電極接觸負電解質或正電解質溶液。在再平衡電池整合至負電解質或正電解質儲集器中之一些實施例中，再平衡電池負電極及再平衡電池正電極周圍之負電解質之循環可藉助於額外泵、氧化還原液流電池組之現有泵、磁性攪拌器、機械攪拌器、攪動器等等來實現。含有再平衡電池正電極之腔室(其中不同於含有再平衡電池負電極之腔室)經組配以接收與含有再平衡電池負電極之腔室相同的流體流，或包含僅支援電解質而不包含負電解質或正電解質活性材料的溶液之任一者。
在再平衡電池中之二個隔板之情況下，由任一側上之二個隔板定義的中間腔室經組配以接收與含有再平衡電池負電極之腔室相同的流體流、與含有再平衡電池正電極之腔室相同的流體流，或包含僅支援電解質而不包含負電解質或正電解質活性材料的溶液之任一者。再平衡電池之中間腔室不含有任何正或負電極。替代地，此二個電極位於二個不同腔室或側腔室中，該等側腔室側接再平衡電池之中間腔室。在所有具有三腔室二隔板再平衡電池之情況下，負電解質溶液流經側腔室中之一者且正電解質溶液流經另一側腔室。
再平衡電池負電極經組配以將電子提供至與電極接觸之正電解質或負電解質之流中的活性材料，且藉此對該活性材料執行電化學還原。此具有升高負電解質流之SOC或降低正電解質流之SOC的作用。再平衡電池負電極可包含金屬材料，諸如金、鉑、不鏽鋼、鈦、鎳等等；或導電碳材料，諸如碳氈、碳泡沫、碳紙、玻璃碳、石墨氈、碳黑、碳奈米管等等。電催化劑可視情況亦存在於再平衡電池負電極上。在一些實施例中，再平衡電池負電極在經組配以接收負電解質之情況下包含與氧化還原液流電池組負電極相同的材料，或在經組配以接收正電解質之情況下包含與氧化還原液流電池組正電極相同的材料。
再平衡電池正電極經組配以自與電極接觸之溶液中之溶劑(水)接收電子，且藉此對該溶劑執行電化學氧化。此具有在再平衡電池正電極處產生氣態氧之作用。視接觸再平衡電池正電極之溶液中存在之其他物種而定，諸如正電解質或負電解質之流中之活性材料的氧化之其他電化學反應可與析氧同時發生。再平衡電池正電極可包含金屬材料，諸如金、鉑、不鏽鋼、鈦、鎳等等；或導電碳材料，諸如碳氈、碳布、碳泡沫、碳紙、玻璃碳、石墨氈、碳黑、碳奈米管等等。電催化劑可視情況亦存在於再平衡電池正電極上。在一些實施例中，當與再平衡電池正電極接觸之流處於鹼性pH時，電極包含鎳-鐵合金，其中氧(氫氧)化鎳-鐵(nickel-iron oxyhydroxide)充當水氧化電催化劑。在再平衡電池正電極整合至與負電解質或正電解質相同之儲集器中的實施例中，可提供導管、套管、導引件或類似者以捕獲、收集及導引析出的氧氣之氣泡經由出口到達儲集器外部。無論確切組配如何，此出口理想地定位於再平衡電池正電極附近，以便最小化氣泡在可逸出系統之前必須行進的距離。
當足夠高的電位施加至再平衡電池之電極時，淨效應為升高輸入負電解質流之SOC或降低輸入正電解質流之SOC，其中氧形成為離開再平衡電池及氧化還原液流電池組之單獨氣態輸出。電位可作為電流或電壓之脈衝、作為一系列恆定電流或電壓之階梯(step)或其任何組合恆電流地(亦即，恆定電流)、恆電位地(亦即，恆定電壓)施加。可為氧出口提供單向閥，諸如止回閥。出口可為完全被動的，或視情況裝配有泵以提取析出的氧氣。再平衡電池可視需要持續地(在恆定或可變電流下，或在恆定或可變電壓下)、以預定時間(例如一天一次、每週一次、每月一次、每年一次、氧化還原液流電池組之每充電-放電循環一次、氧化還原液流電池組之每十次循環一次、氧化還原液流電池組之每百次循環一次、氧化還原液流電池組之每千次循環一次等等)、間歇地操作，或其某一組合，以便最大化附接氧化還原液流電池組之可接近容量。在某些實施例中，自再平衡電池正電極之氧產生之平均速率大致等於氧化還原液流電池組中發生之氧吸收及還原之速率，使得負電解質與正電解質之間的SOC平衡極大地延長或無限期地保持。
在再平衡電池經組配以對負電解質溶液執行析氧(水氧化)之一些實施例中，再平衡電池亦可用於同時逆轉經由電化學氧化而使降解的負電解質反應物分解回至原始負電解質反應物。再平衡電池亦可視情況在較低電壓(例如，低於1.23 V之水分離電位)下操作，以便在不經由如上文所描述之析氧修改負電解質SOC的情況下恢復損失的負電解質容量。
圖2示出根據本發明之一些實施例的氧化還原液流電池組200及再平衡電池210。液流電池組200包含填充有負電解質溶液202之負電解質槽201、填充有正電解質溶液204之正電解質槽203，及連接至外部負載或電源供應器206之氧化還原液流電池組堆疊205。負電解質溶液202可為溶解於水中之帶負電荷醌衍生物，且正電解質溶液204可為溶解於水中之帶負電荷Fe(CN)溶液。負電解質溶液202及正電解質溶液204均可使用氫氧化鉀、氫氧化鈉或二者之混合物作為支援電解質。此再平衡電池210包含藉由離子選擇性膜213分隔開之第一腔室211及第二腔室212。一般熟習此項技術者應認識到，離子選擇性膜可包括多個子類別，包括但不限於陽離子交換膜及雙極膜。在一個實施例中，離子選擇性膜213可為使鉀或鈉離子自由地穿過之陽離子交換膜。第一腔室211含有第一電極214，且第二腔室212含有第二電極215。第一電極214可包含導電碳材料(諸如碳布)而不具有其他電催化劑，且第二電極215可包含氧(氫氧)化鎳/鐵(nickel/iron oxyhydroxide)。二個電極214、215連接至外部電源供應器216。
負電解質溶液202自負電解質槽201循環至第一腔室211且再次回至負電解質槽201。支援電解質之溶液221自支援電解質槽220循環至第二腔室212且回至支援電解質槽220。
當使用外部電源供應器216跨越再平衡電池210之電極214、215施加適當電位時，在第一電極214處還原負電解質溶液202 (其SOC升高)。同時，支援電解質溶液221中之水(或氫氧根離子)在第二電極215處氧化，以形成離開再平衡電池210且允許逸出230系統外部的氧氣。若離子選擇性膜213為陽離子交換膜或陰離子交換膜，則陽離子或陰離子分別跨過離子選擇性膜流動以便平衡二個儲集器處之電荷。若離子選擇性膜213為雙極膜，則根據雙極膜如何定向於再平衡電池210內部而替代地在雙極膜之相對面上產生質子及氫氧根離子。
此操作較佳地在負電解質溶液202之SOC小於100% (例如，＜99%、＜90%、＜80%、＜60%、＜40%、＜20%、＜10%或0%)時進行，使得其可繼續接收第一電極214處之電子。一旦負電解質溶液202與正電解質溶液204之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器216供應之電位可改變、減少或斷開。
由於氫氧根離子經由與氧反應而形成於負電解質溶液202中且在再平衡方法期間在支援電解質之溶液221中消耗，因此再平衡方法具有經由滲透將水自支援電解質之溶液221輸送至負電解質溶液202中的趨勢。此可藉由用濃縮的(例如＞2莫耳濃度)支援電解質之溶液221裝備支援電解質槽220以使得其具有比負電解質溶液202更大的滲透壓力來抵消。接著，在不存在由外部電源供應器216施加之任何電位的情況下，使負電解質溶液202及支援電解質之溶液221流經再平衡電池210將使得水藉由滲透自負電解質溶液202及支援電解質之溶液221移動，藉此抵消在相反方向上之將另外由再平衡方法預期的水分吸收。
圖3示出根據本發明之一些實施例的氧化還原液流電池組300及再平衡電池310。液流電池組300包含填充有負電解質溶液302之負電解質槽301、填充有正電解質溶液304之正電解質槽303，及連接至外部負載或電源供應器306之氧化還原液流電池組堆疊305。負電解質溶液302可為溶解於水中之帶負電荷醌衍生物，且正電解質溶液304可為溶解於水中之帶負電荷Fe(CN)溶液。負電解質溶液302及正電解質溶液304均可使用氫氧化鉀、氫氧化鈉或二者之混合物作為支援電解質。此再平衡電池310包含藉由離子選擇性膜313分隔開之第一腔室311及第二腔室312。一般熟習此項技術者應認識到，離子選擇性膜可包括多個子類別，包括但不限於陽離子交換膜、陰離子交換膜、質子交換膜及雙極膜。在一個實施例中，離子選擇性膜313可為使鉀或鈉離子自由地穿過之陽離子交換膜。第一腔室311含有第一電極314，且第二腔室312含有第二電極315。第一電極314可包含導電碳材料(諸如碳布)而不具有其他電催化劑，且第二電極315可包含氧(氫氧)化鎳/鐵。二個電極314、315連接至外部電源供應器316。
正電解質溶液304自正電解質槽303循環至第一腔室311且再次回至正電解質槽303。支援電解質之溶液321自支援電解質槽320循環至第二腔室312且回至支援電解質槽320。
當使用外部電源供應器316跨越再平衡電池310之電極314、315施加適當電位時，在第一電極314處還原正電解質溶液304 (其SOC降低)。同時，支援電解質溶液321中之水(或氫氧根離子)在第二電極315處氧化，以形成離開再平衡電池310且允許逸出330系統外部的氧氣。
此操作較佳地在正電解質溶液304之SOC大於0% (例如＞1%、＞10%、＞20%、＞40%、＞60%、＞80%、＞90%或100%)時進行，使得其可繼續接收第一電極314處之電子。一旦負電解質溶液302與正電解質溶液304之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器316供應之電位可改變、減少或斷開。
圖4示出根據本發明之一些實施例的氧化還原液流電池組400及再平衡電池410。液流電池組400包含填充有負電解質溶液402之負電解質槽401、填充有正電解質溶液404之正電解質槽403，及連接至外部負載或電源供應器406之氧化還原液流電池組堆疊405。負電解質溶液402可為溶解於水中之帶負電荷醌衍生物，且正電解質溶液404可為溶解於水中之帶負電荷Fe(CN)溶液。負電解質溶液402及正電解質溶液404均可使用氫氧化鉀、氫氧化鈉或二者之混合物作為支援電解質。此再平衡電池410包含藉由離子選擇性膜413分隔開之第一腔室411及第二腔室412。離子選擇性膜413可為使鉀或鈉離子自由地穿過之陽離子交換膜。第一腔室411含有第一電極414，且第二腔室412含有第二電極415。第一電極414可包含導電碳材料(諸如碳布)而不具有其他電催化劑，且第二電極415可包含氧(氫氧)化鎳/鐵。二個電極414、415連接至外部電源供應器416。
負電解質溶液402自負電解質槽401循環至第一腔室411及第二腔室412二者中，且再次自腔室411、412二者回至負電解質槽201。
當使用外部電源供應器416跨越再平衡電池410之電極414、415施加適當電位時，在第一電極414處還原負電解質溶液402 (其SOC升高)。同時，負電解質溶液402中之水(或氫氧根離子)在第二電極415處氧化，以形成離開再平衡電池410且允許逸出430系統外部的氧氣。
此操作較佳地在負電解質溶液402之SOC接近於或處於0% (例如＜40%、＜20%、＜10%、＜5%、＜2%、＜1%、＜0.5%、＜0.2%、＜0.1%或0%)時進行，使得其可繼續接收第一電極414處之電子，且使得在第二電極415處再氧化之負電解質溶液402的比例相對於所產生的氧的量為小的。此亦有利於在自第二電極415析出之氧自系統逸出430之前使該氧與負電解質溶液402之間的任何反應最小化。一旦負電解質溶液402與正電解質溶液404之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器416供應之電位可改變、減少或斷開。
由於氫氧根離子經由與氧反應而形成於負電解質溶液402中，但在第二電極415處在同一溶液中消耗，因此由於氧吸收繼之以自同一溶液產生氧之再平衡，負電解質溶液402之離子強度(或滲透位勢)沒有淨變化。因此，此實施例並不經歷任何水自負電解質溶液402至正電解質溶液404之長期淨輸送，或反之亦然。再平衡電池410之此組配亦可用於將降解的負電解質402轉化回活性負電解質，且藉此恢復損失的容量。
圖5示出根據本發明之一些實施例的氧化還原液流電池組500及再平衡電池510。液流電池組500包含填充有負電解質溶液502之負電解質槽501、填充有正電解質溶液504之正電解質槽503，及連接至外部負載或電源供應器506之氧化還原液流電池組堆疊505。負電解質溶液502可為溶解於水中之帶負電荷醌衍生物，且正電解質溶液504可為溶解於水中之帶負電荷Fe(CN)溶液。負電解質溶液502及正電解質溶液504均可使用氫氧化鉀、氫氧化鈉或二者之混合物作為支援電解質。此再平衡電池510包含藉由離子選擇性膜513分隔開之第一腔室511及第二腔室512。離子選擇性膜513可為使鉀或鈉離子自由地穿過之陽離子交換膜。第一腔室511含有第一電極514，且第二腔室512含有第二電極515。第一電極514可包含導電碳材料(諸如碳布)而不具有其他電催化劑，且第二電極515可包含氧(氫氧)化鎳/鐵。二個電極514、515連接至外部電源供應器516。
正電解質溶液504自正電解質槽503循環至第一腔室511及第二腔室512二者中，且再次自腔室511、512二者回至正電解質槽503。
當使用外部電源供應器516跨越再平衡電池510之電極514、515施加適當電位時，在第一電極514處還原正電解質溶液504 (其SOC降低)。同時，正電解質溶液504中之水(或氫氧根離子)在第二電極515處氧化，以形成離開再平衡電池510且允許逸出530系統外部的氧氣。
此操作較佳地在正電解質溶液504之SOC接近於或處於100% (例如＞60%、＞80%、＞90%、＞95%、＞98%、＞99%、＞99.5%、＞99.8%、＞99.9%或100%)時進行，使得其可繼續接收第一電極514處之電子，且使得在第二電極515處再氧化之正電解質溶液504的比例相對於所產生的氧的量為小的。此亦有利於使自第二電極515析出之氧再溶解於正電解質溶液504中且最終擴散回至負電解質溶液502中而非自系統逸出530的任何機會最小化。一旦負電解質溶液502與正電解質溶液504之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器516供應之電位可改變、減少或斷開。
圖6示出根據本發明之一些實施例的含有整合的再平衡電池之氧化還原液流電池組600。含有整合的再平衡電池之液流電池組600包含填充有負電解質溶液602且另外裝備有第一電極614及第二電極615之負電解質槽601、填充有正電解質溶液604之正電解質槽603，及連接至外部負載或電源供應器606之氧化還原液流電池組堆疊605。負電解質溶液602可為溶解於水中之帶負電荷醌衍生物，且正電解質溶液604可為溶解於水中之帶負電荷Fe(CN)溶液。負電解質溶液602及正電解質溶液604均可使用氫氧化鉀、氫氧化鈉或二者之混合物作為支援電解質。第一電極614可包含導電碳材料(諸如碳布)而不具有其他電催化劑，且第二電極615可包含氧(氫氧)化鎳/鐵。導管620經定位以有效地收集自第二電極615析出之氧氣氣泡且將其導引至含有整合的再平衡電池之液流電池組600外部630。
當使用外部電源供應器616跨越電極614、615施加適當電位時，在第一電極614處還原負電解質溶液602 (亦即，其SOC升高)。同時，負電解質溶液602中之水(或氫氧根離子)在第二電極615處氧化，以形成由導管620導引且允許逸出630系統外部的氧氣。
此操作較佳地在負電解質溶液602之SOC接近於或處於0% (例如＜40%、＜20%、＜10%、＜5%、＜2%、＜1%、＜0.5%、＜0.2%、＜0.1%或0%)時進行，使得其可繼續接收第一電極614處之電子，且使得在第二電極615處再氧化之負電解質溶液602的比例相對於所產生的氧的量為小的。此亦有利於在自第二電極615析出之氧自系統逸出630之前使該氧與負電解質溶液602之間的任何反應最小化。一旦負電解質溶液602與正電解質溶液604之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器616供應之電位可改變、減少或斷開。
由於氫氧根離子經由與氧反應而形成於負電解質溶液602中，但在第二電極615處在同一溶液中消耗，因此由於氧吸收繼之以自同一溶液產生氧之再平衡，負電解質溶液602之離子強度(或滲透位勢)沒有淨變化。因此，此實施例並不經歷任何水自負電解質溶液602至正電解質溶液604之長期淨輸送，或反之亦然。含有整合的再平衡電池之氧化還原液流電池組600的此組配亦可用於將降解的負電解質602轉化回活性負電解質，且藉此恢復損失的容量。
圖7示出根據本發明之一些實施例的含有整合的再平衡電池之氧化還原液流電池組700。含有整合的再平衡電池之液流電池組700包含填充有負電解質溶液702之負電解質槽701、填充有正電解質溶液704且另外裝備有第一電極714及第二電極715之正電解質槽703，及連接至外部負載或電源供應器706之氧化還原液流電池組堆疊705。負電解質溶液702可為溶解於水中之帶負電荷醌衍生物，且正電解質溶液704可為溶解於水中之帶負電荷Fe(CN)溶液。負電解質溶液702及正電解質溶液704均可使用氫氧化鉀、氫氧化鈉或二者之混合物作為支援電解質。第一電極714可包含導電碳材料(諸如碳布)而不具有其他電催化劑，且第二電極715可包含氧(氫氧)化鎳/鐵。導管720經定位以有效地收集自第二電極715析出之氧氣氣泡且將其導引至含有整合的再平衡電池之液流電池組700外部730。
當使用外部電源供應器716跨越電極714、715施加適當電位時，在第一電極714處還原正電解質溶液704 (其SOC降低)。同時，正電解質溶液704中之水(或氫氧根離子)在第二電極715處氧化，以形成由導管720導引且允許逸出730系統外部的氧氣。
此操作較佳地在正電解質溶液704之SOC接近於或處於100% (例如＞60%、＞80%、＞90%、＞95%、＞98%、＞99%、＞99.5%、＞99.8%、＞99.9%或100%)時進行，使得其可繼續接收第一電極714處之電子，且使得在第二電極715處再氧化之正電解質溶液704的比例相對於所產生的氧的量為小的。此亦有利於使自第二電極715析出之氧再溶解於正電解質溶液704中且最終擴散回至負電解質溶液702中而非自系統逸出730的任何機會最小化。一旦負電解質溶液702與正電解質溶液704之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器716供應之電位可改變、減少或斷開。
圖8示出根據本發明之一些實施例的氧化還原液流電池組800及再平衡電池810。液流電池組800包含填充有負電解質溶液802之負電解質槽801、填充有正電解質溶液804之正電解質槽803，及連接至外部負載或電源供應器806之氧化還原液流電池組堆疊805。負電解質溶液802可為溶解於水中之帶負電荷醌衍生物，且正電解質溶液804可為溶解於水中之帶負電荷Fe(CN)溶液。負電解質溶液802及正電解質溶液804均可使用氫氧化鉀、氫氧化鈉或二者之混合物作為支援電解質。此再平衡電池810包含藉由離子選擇性膜813分隔開之第一腔室811及第二腔室812。離子選擇性膜813可為使鉀或鈉離子自由地穿過之陽離子交換膜。第一腔室811含有第一電極814，且第二腔室812含有第二電極815。第一電極814可包含氧(氫氧)化鎳/鐵，且第二電極815可包含導電碳材料(諸如碳布)而不具有其他電催化劑。二個電極814、815連接至外部電源供應器816。
負電解質溶液802自負電解質槽801循環至第一腔室811中，且再次自第一腔室811回至負電解質槽801。類似地，正電解質溶液804自正電解質槽803循環至第二腔室812中，且再次自第二腔室812回至正電解質槽803。
當使用外部電源供應器816跨越再平衡電池810之電極814、815施加適當電位時，在第二電極815處還原正電解質溶液804 (其SOC降低)。同時，負電解質溶液802中之水(或氫氧根離子)在第一電極814處氧化，以形成離開再平衡電池810且允許逸出820系統外部的氧氣。
此操作較佳地在正電解質溶液804之SOC大於0% (例如＞1%、＞10%、＞20%、＞40%、＞60%、＞80%、＞90%或100%)時進行，使得其可繼續接收第二電極815處之電子。亦較佳地在負電解質溶液802之SOC接近於或處於0% (例如＜40%、＜20%、＜10%、＜5%、＜2%、＜1%、＜0.5%、＜0.2%、＜0.1%或0%)時進行，使得在第一電極814處再氧化之負電解質溶液802的比例相對於所產生的氧的量為小的。
此亦有利於在自第一電極814析出之氧自系統逸出820之前使該氧與負電解質溶液802之間的任何反應最小化。一旦負電解質溶液802與正電解質溶液804之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器816供應之電位可改變、減少或斷開。
由於氫氧根離子經由與氧反應而形成於負電解質溶液802中，但在第一電極814處在同一溶液中消耗，因此由於氧吸收繼之以自同一溶液產生氧之再平衡，負電解質溶液802之離子強度(或滲透位勢)沒有淨變化。因此，此實施例並不經歷任何水自負電解質溶液802至正電解質溶液804之長期淨輸送，或反之亦然。再平衡電池810之此組配亦可用於將降解的負電解質802轉化回活性負電解質，且藉此恢復損失的容量。
圖9示出根據本發明之一些實施例的氧化還原液流電池組900及再平衡電池910。液流電池組900包含填充有負電解質溶液902之負電解質槽901、填充有正電解質溶液904之正電解質槽903，及連接至外部負載或電源供應器906之氧化還原液流電池組堆疊905。負電解質溶液902可為溶解於水中之帶負電荷醌衍生物，且正電解質溶液904可為溶解於水中之帶負電荷Fe(CN)溶液。負電解質溶液902及正電解質溶液904均可使用氫氧化鉀、氫氧化鈉或二者之混合物作為支援電解質。此再平衡電池910包含藉由雙極膜913分隔開之第一腔室911及第二腔室912。
雙極膜913經定位以使得其在跨越雙極膜913施加合適電位後產生進入第一腔室911之質子(或水合氫離子)及進入第二腔室912之氫氧根離子。
第一腔室911含有第一電極914，且第二腔室912含有第二電極915。第一電極914可包含導電碳材料(諸如碳布)而不具有其他電催化劑，且第二電極915可包含氧(氫氧)化鎳/鐵。二個電極914、915連接至外部電源供應器916。
負電解質溶液902自負電解質槽901循環至第一腔室911中，且再次自第一腔室911回至負電解質槽901。類似地，正電解質溶液904自正電解質槽903循環至第二腔室912中，且再次自第二腔室912回至正電解質槽903。
當使用外部電源供應器916跨越再平衡電池910之電極914、915施加適當電位時，在第一電極914處還原負電解質溶液902 (其SOC降低)。同時，正電解質溶液904中之水(或氫氧根離子)在第二電極915處氧化，以形成離開再平衡電池910且允許逸出920系統外部的氧氣。
此操作較佳地在(a)負電解質溶液902之SOC小於100% (例如＜99%、＜90%、＜80%、＜60%、＜40%、＜20%、＜10%或0%)時進行，使得其可繼續接收第一電極914處之電子，且在(b)正電解質溶液904之SOC接近於或處於100% (例如＞60%、＞80%、＞90%、＞95%、＞98%、＞99%、＞99.5%、＞99.8%、＞99.9%或100%)時進行，使得在第二電極915處再氧化之正電解質溶液904的比例相對於所產生的氧的量為小的。此亦有利於使自第二電極915析出之氧再溶解於正電解質溶液904中且最終擴散回至負電解質溶液902中而非自系統逸出920的任何機會最小化。一旦負電解質溶液902與正電解質溶液904之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器916供應之電位可改變、減少或斷開。
由於氫氧根離子經由與氧反應而形成於負電解質溶液902中，但經由在雙極膜913處形成在第一腔室911中傳導至負電解質溶液902之質子(或水合氫離子)而消耗，由於氧吸收繼之以再平衡，負電解質溶液902之離子強度(或滲透位勢)沒有淨變化。在雙極膜913處產生之氫氧根離子在第二腔室912中傳導至正電解質溶液904，其中該等氫氧根離子在第二電極915處以相等數量消耗。應注意，水分子產生於負電解質溶液902中及第二電極915處，且亦在雙極膜913內以相等數量消耗。因此，此實施例並不經歷任何水自負電解質溶液902至正電解質溶液904之長期淨輸送，或反之亦然。雙極膜之使用允許維持滲透中性，即使正電解質溶液904處正發生自第二電極915之析氧。此另外有利於不使第二電極915上之析氧電催化劑暴露於還原化學環境(例如處於高SOC之負電解質溶液902)，該析氧電催化劑在該還原化學環境中可能不穩定。
圖10示出根據本發明之一些實施例的氧化還原液流電池組1000及再平衡電池1010。液流電池組1000包含填充有負電解質溶液1002之負電解質槽1001、填充有正電解質溶液1004之正電解質槽1003，及連接至外部負載或電源供應器1006之氧化還原液流電池組堆疊1005。負電解質溶液1002可為溶解於水中之帶負電荷醌衍生物，且正電解質溶液1004可為溶解於水中之帶負電荷Fe(CN)溶液。負電解質溶液1002及正電解質溶液1004二者可使用氫氧化鉀、氫氧化鈉或二者之混合物作為支援電解質。此再平衡電池1010包含第一腔室1011，其在一側上藉由雙極膜1014及第二腔室1012定界，且在另一側上藉由離子選擇性膜1015及第三腔室1013定界。雙極膜1014經定位以使得其在跨越雙極膜1014施加合適電位後產生進入第一腔室1011之氫氧根離子及進入第二腔室1012之質子(或水合氫離子)。離子選擇性膜1015可為使鉀或鈉離子自由地穿過之陽離子交換膜。
第二腔室1012含有第一電極1016，且第三腔室1013含有第二電極1017。第一電極1016可包含導電碳材料(諸如碳布)而不具有其他電催化劑，且第二電極1017可包含氧(氫氧)化鎳/鐵。二個電極1016、1017連接至外部電源供應器1018。
負電解質溶液1002自負電解質槽1001循環至第二腔室1012中，經過第一電極1016，且再次自第二腔室1012回至負電解質槽1001。
正電解質溶液1004自正電解質槽1003循環至第一腔室1011及第三腔室1013二者中，且再次自腔室1011、1013二者回至正電解質槽1003。經過第三腔室1013之正電解質溶液流經第二電極1017。
當使用外部電源供應器1018跨越再平衡電池1010之電極1016、1017施加適當電位時，在第一電極1016處還原負電解質溶液1002 (其SOC升高)。同時，正電解質溶液1004中之水(或氫氧根離子)在第二電極1017處氧化，以形成離開再平衡電池1010且允許逸出1020系統外部的氧氣。同時，水分離在雙極膜1014內發生以釋放進入第一腔室1011之氫氧根離子及進入第二腔室1012之質子(或水合氫離子)。
此操作較佳地在(a)負電解質溶液1002之SOC小於100% (例如＜99%、＜90%、＜80%、＜60%、＜40%、＜20%、＜10%或0%)時進行，使得其可繼續接收第一電極1016處之電子，且在(b)正電解質溶液1004之SOC接近於或處於100% (例如＞60%、＞80%、＞90%、＞95%、＞98%、＞99%、＞99.5%、＞99.8%、＞99.9%或100%)時進行，使得在第二電極1017處再氧化之正電解質溶液1004的比例相對於所產生的氧的量為小的。此亦有利於使自第二電極1017析出之氧再溶解於正電解質溶液1004中且最終擴散回至負電解質溶液1002中而非自系統逸出1020的任何機會最小化。一旦負電解質溶液1002與正電解質溶液1004之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器1018供應之電位可改變、減少或斷開。
交換第一電極1016及第二電極1017之標識的其他實施例為可能的。在此等實施例中，自外部電源供應器1018供應之外部電壓導致在接觸負電解質溶液之第一電極1016處發生析氧，且導致在第三腔室1013中發生正電解質溶液之還原，藉此降低其SOC。
此處，操作較佳地在(a)正電解質溶液1004之SOC大於0% (例如＞1%、＞10%、＞20%、＞40%、＞60%、＞80%、＞90%或100%)時進行，使得其可繼續接收第二電極1017處之電子，且在(b)負電解質溶液1002之SOC接近於或處於0% (例如＜40%、＜20%、＜10%、＜5%、＜2%、＜1%、＜0.5%、＜0.2%、＜0.1%或0%)時進行，使得在第一電極1016處再氧化之負電解質溶液1002的比例相對於所產生的氧的量為小的。此亦有利於在自第一電極1016析出之氧可自系統逸出1020之前使該氧再次與負電解質溶液1002反應的任何機會最小化。一旦負電解質溶液1002與正電解質溶液1004之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器1018供應之電位可再次改變、減少或斷開。
由於氫氧根離子經由與氧反應而形成於負電解質溶液1002中，但經由在雙極膜1014處形成質子(或水合氫離子)而消耗，由於氧吸收繼之以再平衡，負電解質溶液1002之離子強度(或滲透位勢)沒有淨變化。在雙極膜1014處產生之氫氧根離子在第一腔室1011中傳導至正電解質溶液1004，且流動至第三腔室1013並在第二電極1017處以相等數量消耗。應注意，水分子產生於負電解質溶液1002中及第二電極1017處，且亦在雙極膜1014內以相等數量消耗。因此，此實施例並不經歷任何水自負電解質溶液1002至正電解質溶液1004之長期淨輸送，或反之亦然。雙極膜之使用允許維持滲透中性，即使正電解質溶液1004處正發生自第二電極1017之析氧。此另外有利於不使第二電極1017上之析氧電催化劑暴露於還原化學環境(例如處於高SOC之負電解質溶液1002)，該析氧電催化劑在該還原化學環境中可能不穩定。
圖11示出根據本發明之一些實施例的氧化還原液流電池組1100及再平衡電池1110。液流電池組1100包含填充有負電解質溶液1102之負電解質槽1101、填充有正電解質溶液1104之正電解質槽1103，及連接至外部負載或電源供應器1106之氧化還原液流電池組堆疊1105。負電解質溶液1102可為溶解於水中之帶負電荷醌衍生物，且正電解質溶液1104可為溶解於水中之帶負電荷Fe(CN)溶液。負電解質溶液1102及正電解質溶液1104二者可使用氫氧化鉀、氫氧化鈉或二者之混合物作為支援電解質。此再平衡電池1110包含第一腔室1111，其在一側上藉由離子選擇性膜1114及第二腔室1112定界，且在另一側上藉由雙極膜1115及第三腔室1113定界。雙極膜1115經定位以使得其在跨越雙極膜1115施加合適電位後產生進入第三腔室1113之氫氧根離子及進入第一腔室1111之質子(或水合氫離子)。離子選擇性膜1114可為使鉀或鈉離子自由地穿過之陽離子交換膜。
第二腔室1112含有第一電極1116，且第三腔室1113含有第二電極1117。第一電極1116可包含導電碳材料(諸如碳布)而不具有其他電催化劑，且第二電極1117可包含氧(氫氧)化鎳/鐵。二個電極1116、1117連接至外部電源供應器1118。
負電解質溶液1102自負電解質槽1101循環至第一腔室1111及第二腔室1112二者中，且再次自腔室1111、1112二者回至負電解質槽1101。經過第二腔室1112之負電解質溶液流經第一電極1116。
正電解質溶液1104自正電解質槽1103循環至第三腔室1113中，經過第二電極1117，且再次自第三腔室1113回至正電解質槽1103。
當使用外部電源供應器1118跨越再平衡電池1110之電極1116、1117施加適當電位時，在第一電極1116處還原負電解質溶液1102 (其SOC升高)。同時，正電解質溶液1104中之水(或氫氧根離子)在第二電極1117處氧化，以形成離開再平衡電池1110且允許逸出1120系統外部的氧氣。同時，水分離在雙極膜1115內發生以釋放進入第三腔室1113之氫氧根離子及進入第一腔室1111之質子(或水合氫離子)。
此操作較佳地在(a)負電解質溶液1102之SOC小於100% (例如＜99%、＜90%、＜80%、＜60%、＜40%、＜20%、＜10%或0%)時進行，使得其可繼續接收第一電極1116處之電子，且在(b)正電解質溶液1104之SOC接近於或處於100% (例如＞60%、＞80%、＞90%、＞95%、＞98%、＞99%、＞99.5%、＞99.8%、＞99.9%或100%)時進行，使得在第二電極1117處再氧化之正電解質溶液1104的比例相對於所產生的氧的量為小的。此亦有利於使自第二電極1117析出之氧再溶解於正電解質溶液1104中且最終擴散回至負電解質溶液1102中而非自系統逸出1120的任何機會最小化。一旦負電解質溶液1102與正電解質溶液1104之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器1118供應之電位可改變、減少或斷開。
交換第一電極1116及第二電極1117之標識的其他實施例為可能的。在此等實施例中，自外部電源供應器1118供應之外部電壓導致在接觸負電解質溶液之第一電極1116處發生析氧，且導致在第三腔室1113中發生正電解質溶液之還原，藉此降低其SOC。
此處，操作較佳地在(a)正電解質溶液1104之SOC大於0% (例如＞1%、＞10%、＞20%、＞40%、＞60%、＞80%、＞90%或100%)時進行，使得其可繼續接收第二電極1117處之電子，且在(b)負電解質溶液1102之SOC接近於或處於0% (例如＜40%、＜20%、＜10%、＜5%、＜2%、＜1%、＜0.5%、＜0.2%、＜0.1%或0%)時進行，使得在第一電極1116處再氧化之負電解質溶液1102的比例相對於所產生的氧的量為小的。此亦有利於在自第一電極1116析出之氧可自系統逸出1120之前使該氧再次與負電解質溶液1102反應的任何機會最小化。一旦負電解質溶液1102與正電解質溶液1104之間的SOC不平衡減小至低於臨限值，則自外部電源供應器1118供應之電位可再次改變、減少或斷開。
由於氫氧根離子經由與氧反應而形成於負電解質溶液1102中，但經由在雙極膜1115處形成質子(或水合氫離子)而消耗，由於氧吸收繼之以再平衡，負電解質溶液1102之離子強度(或滲透位勢)沒有淨變化。在雙極膜1115處產生之氫氧根離子在第三腔室1113中傳導至正電解質溶液1104，且在第二電極1117處以相等數量消耗。應注意，水分子產生於負電解質溶液1102中及第二電極1117處，且亦在雙極膜1115內以相等數量消耗。因此，此實施例並不經歷任何水自負電解質溶液1102至正電解質溶液1104之長期淨輸送，或反之亦然。雙極膜之使用允許維持滲透中性，即使正電解質溶液1104處正發生自第二電極1117之析氧。此另外有利於不使第二電極1117上之析氧電催化劑暴露於還原化學環境(例如處於高SOC之負電解質溶液1102)，該析氧電催化劑在該還原化學環境中可能不穩定。
圖12 至 圖14說明用於如上文所描述在能量儲存系統中操作裝備有再平衡電池之氧化還原液流電池組的實例方法。在此等實例中，使用對於液流電池組之操作典型的方法來循環(充電及放電)液流電池組。循環方法亦應理解為包括不涉及再平衡電池之任何停置(空閒)週期及電化學容量恢復技術(例如負電解質之通氣、負電解質之電化學再氧化、週期性深度放電等)。包含氧化還原液流電池組及再平衡電池之整個系統可使用此等方法中之一者或組合來操作。
對於 圖 12中之方法，不依賴於氧化還原液流電池組之循環，再平衡電池在恆定電壓、恆定電流或類似的大體上持續開啟條件1201下操作(亦即，電流經過該再平衡電池)，使得負電解質與正電解質之間的SOC不平衡維持低於臨限值。換言之，自再平衡電池之氧產生之平均速率大致為氧吸收至正電解質及負電解質溶液中之平均速率。
對於 圖 13中之方法，氧化還原液流電池組首先放電1301，使得氧化還原液流電池組之電池電壓或放電電流密度降至低於臨限值。電池電壓或電流密度可用作液流電池組之近似SOC之代表，因此此確保負電解質溶液之SOC較低，接近於或處於0% (例如＜40%、＜20%、＜10%、＜5%、＜2%、＜1%、＜0.5%、＜0.2%、＜0.1%或0%)。接著，雖然液流電池組保持在此放電狀態中1302，但再平衡電池操作1303 (亦即，電流經過該再平衡電池)直至再平衡電池之電池電壓超過臨限值或再平衡電池之電流密度降至低於臨限值。當此情形發生時，負電解質與正電解質溶液之間的SOC不平衡已減少至低位準，接近於或處於0% (例如＜20%、＜10%、＜5%、＜2%、＜1%、＜0.5%、＜0.2%、＜0.1%或0%)。可在氧化還原液流電池組之每一充電-放電循環結束時、在每一給定數目個循環結束時或在已經過預定時間量之後採用此方法。
對於 圖 14中之方法，氧化還原液流電池組首先充電1401，使得電池電壓超過臨限值或氧化還原液流電池組之充電電流密度降至低於臨限值。電池電壓或電流密度可用作液流電池組之近似SOC之代表，因此此確保正電解質溶液之SOC較高，接近於或處於100% (例如＞60%、＞80%、＞90%、＞95%、＞98%、＞99%、＞99.5%、＞99.8%、＞99.9%或100%)。接著，雖然液流電池組保持在此充電狀態中1402，但再平衡電池操作1403 (亦即，電流經過該再平衡電池)直至再平衡電池之電池電壓超過臨限值或再平衡電池之電流密度降至低於臨限值。當此情形發生時，負電解質與正電解質溶液之間的SOC不平衡已減少至低位準，接近於或處於0% (例如＜20%、＜10%、＜5%、＜2%、＜1%、＜0.5%、＜0.2%、＜0.1%或0%)。可在氧化還原液流電池組之每一放電-充電循環結束時、在每一給定數目個循環結束時或在已經過預定時間量之後採用此方法。
對於 圖 12 至圖14中所描繪之所有方法，特定言之步驟1203、1303或1403，經過再平衡電池之電流之部分可按最初預期經引導至水氧化(亦即，析氧)，而電流之部分可另外經引導以將降解的負電解質反應物氧化回原始負電解質反應物且藉此恢復負電解質之電荷容量。 實例1
建構二個單獨電池。電池中之稱作氧化還原液流電池組電池的一者用於充電/放電液流電池組，該液流電池組由作為負電解質活性材料之1,8-二羥基-2,7-雙(羧甲基)-9,10-蒽醌(DCDHAQ)及作為正電解質活性材料之呈1:1莫耳比的亞鐵氰化鈉與亞鐵氰化鉀的組合構成。稱作再平衡電池之第二電池間歇地使用以抵消由暴露於氧引起的不平衡。二種電池均對空氣開放，而非在惰性氛圍手套工作箱內部或在惰性氣體保護覆蓋層下。
氧化還原液流電池組電池及再平衡電池均由購自燃料電池技術(Fuel Cell Technologies)(新墨西哥州阿爾伯克基(Albuquerque, NM))之硬體構成。二種電池均使用具有蛇形流動設計及50 cm 2幾何表面積之經樹脂浸漬的石墨流動板。對於氧化還原液流電池組電池之二個側及亦再平衡電池之陰極(負電極)側，使用二片熱激活的AvCarb碳紙(EP-40)。對於將發生析氧反應之再平衡電池之陽極(正電極)側，使用一塊具有0.016''之線徑及20×20之篩孔大小(開口數目/吋)之鎳線網。對於氧化還原液流電池組電池，使用FKE-50膜充當離子選擇性膜。對於再平衡電池，使用一塊Fumatech FBM雙極膜。FBM膜經定向以使得質子將在再平衡電池之陰極側處產生且氫氧根離子將在再平衡電池之陽極側處產生。使用氟化橡膠(Viton)薄片來覆蓋電極之間的外部部分空間。用於電池總成之扭矩在八個1/4-28螺栓中之各者上為60 lb-in (6.78 Nm)。
以與圖2一致之組配建立藉由儲集器之氧化還原液流電池組電池及再平衡電池。所有電解質流動速率設定為225 mL/min，且由KNF NF60泵驅動。在一些情形下，氮之覆蓋層保持在氧化還原液流電池組電池之負電解質上。使用Arbin電池組試驗器執行循環電池之充電/放電，而再平衡電池電連接至Bio-Logic VSP-300恆電位器且使用其操作。
氧化還原液流電池組電池之負電解質由100 mL之0.08 M DCDHAQ構成，藉由1:1莫耳比之氫氧化鈉及氫氧化鉀調整至pH 14。氧化還原液流電池組電池之正電解質由55 mL之0.15 M亞鐵氰化鈉、0.15 M亞鐵氰化鉀及0.10 M鐵氰化鉀構成，藉由1:1莫耳比之氫氧化鈉及氫氧化鉀調整至pH 14。為簡單起見，再平衡電池之陽極隔室含有100 ml之1:1莫耳比之氫氧化鈉及氫氧化鉀，其中總氫氧化物濃度為3 M。
氧化還原液流電池組電池之充電/放電在±100 mA cm −2下恆電流地執行直至充電電位達到1.55 V或放電電位達到0.65 V，此時氧化還原液流電池組電池維持在彼等電位處直至電流密度下降至5 mA cm -2，此時開始下一半循環(放電/充電)。再平衡電池大部分時間保持關閉，但當其在操作中時，在電流在10 mA cm −2下恆電流地經過之後，直至電位達到2.3 V，此時再平衡電池電流恆電位地經過直至電流密度下降至低於3 mA cm −2。通常，此時，氫氣氣泡開始形成於再平衡電池之陰極(負電極)側處。再平衡電池之較高截止臨界電流密度將避免在再平衡電池之陰極處形成任何氫氣。在再平衡操作期間，循環序列如下：(1)充電氧化還原液流電池組電池直至達到臨限值，(2)使電流經過再平衡電池直至達到臨限值，接著(3)放電氧化還原液流電池組電池直至達到臨限值。應注意，包括氧化還原液流電池組電池及再平衡電池之同時操作的許多其他循環序列為可能的，但在本文中未進行測試。
在此循環序列中，在氧化還原液流電池組電池之充電步驟期間，負電解質之一部分藉由存在於空氣中之氧持續氧化。因此，更多亞鐵氰化物氧化以對負電解質完全充電。此方法繼續直至正電解質不具有任何過量以與因與空氣接觸而導致的負電解質氧化保持一致。在此時間之後，電池之容量將受正電解質限制，但其最初受負電解質限制。
為了抵消氧之作用，再平衡電池間歇地運作。在按循環序列在步驟(1)中完全充電陰極電解質之後，在如上文所描述藉由正電解質施加容量限制之情況下，打開閥以允許負電解質流體循環至再平衡電池之陰極隔室且開始步驟(2)。在步驟(2)完成之後，關閉閥且接著為步驟(3)。
圖15示出循環電池隨時間推移之容量及庫倫效率。容量呈現為由於存在少量過量的正電解質而對於前幾個循環(~0.1天)為穩定的。除此以外，隨著氧繼續降低負電解質之荷電狀態(亦即，氧化負電解質)，正電解質不足以允許負電解質變得完全充電，且容量呈現為快速下降。
在各再平衡循環之後可見氧化還原液流電池組電池之容量急劇增加，如圖15上所指示。容量在再平衡之後仍快速下降，很可能係因為當還原的DCDHAQ濃度較高時好氧性氧化以較快速率發生。為證明容量下降很大程度上歸因於大氣氧之作用，緊接在最後再平衡程序之前，在~2.5天標記在超純氮之覆蓋層下置放負電解質儲集器(而非正電解質或系統之其餘部分)，之後立即觀測到容量減小速率之減速。在整個週期期間，可能未觀測到再平衡電池之正電解質、負電解質或陽極儲集器之流體位準中之變化。結果展示，具有雙極膜之再平衡電池可恢復氧化還原液流電池組系統中之損失的容量，該損失的容量由正電解質及負電解質電荷狀態中之不平衡(無論係由氧抑或某一其他方法引起)而引起。
除非另外指示，否則表示本說明書及申請專利範圍中所使用之特徵大小、量、體積、電荷容量、電荷狀態及其他化學及物理屬性的所有數目應理解為在所有情況下由術語「約(about)」修飾。因此，除非有相反指示，否則前述說明書及隨附申請專利範圍中所闡述之數值參數皆為近似值，其可視由熟習此項技術者利用本文所揭露之教示設法獲得之所需屬性而變化。使用端點之數值範圍包括彼範圍內之所有數目(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4及5；＜10%包括10%、9.8%、5.5%、2%、0.01%及0%；＞90%包括90%、90.2%、94.5%、98%、99.99%及100%)及彼範圍內之任何範圍。
已出於說明及描述之目的呈現前述描述。其並不希望為詳盡的或將實施例限於所揭露的精確形式。鑒於上述教示，許多修改及變化為可能的。所揭露實施例之任何或所有特徵可個別地或以任何組合應用且並不意謂為限制性的，而僅僅為說明性的。希望本發明之範疇不受此實施方式限制，而由隨附在此的申請專利範圍判定。
200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100:氧化還原液流電池組 201,301,401,501,601,701,801,901,1001,1101:負電解質槽 202,302,402,502,602,702,802,902,1002,1102:負電解質溶液 203,303,403,503,603,703,803,903,1003,1103:正電解質槽 204,304,404,504,604,704,804,904,1004,1104:正電解質溶液 205,305,405,505,605,705,805,905,1005,1105:氧化還原液流電池組堆疊 206,306,406,506,606,706,806,906,1006,1106:外部負載或電源供應器 210,310,410,510,810,910,1010,1110:再平衡電池 211,212,311,312,411,412,511,512,811,812,911,912,1011,1012,1013,1111,1112,1113:腔室 213,313,413,513,813,1015,1114:離子選擇性膜 214,215,314,315,414,415,514,515,614,615,714,715,814,815,914,915,1016,1017, 1116,1117:電極 216,316,416,516,616,716,816,916,1018,1118:外部電源供應器 220,320:支援電解質槽 221,321:支援電解質溶液 230,330,430,530,630,730,820,920,1020,1120:逸出 620,720:導管 913,1014,1115:雙極膜 1201,1301,1302,1303,1401,1402,1403:步驟
下文論述參考以下各圖，其中相同參考編號可用於識別多個圖中之類似/相同組件。然而，在給定圖中使用一數目指代一組件不意欲限制另一圖中藉由相同數目標記之組件。各圖亦未必按比例繪製。
圖1描繪理想化液流電池組之充電及放電，其示出負電解質及正電解質中之SOC不平衡可如何由於氧而累積。此SOC不平衡具有減小液流電池組容量之效應。 圖2為根據某些實施例之氧化還原液流電池組及再平衡電池之示意圖，其中再平衡電池經組配以作用於負電解質溶液及單獨支援電解質溶液； 圖3為根據某些實施例之氧化還原液流電池組及再平衡電池之示意圖，其中再平衡電池經組配以作用於正電解質溶液及單獨支援電解質溶液； 圖4為根據某些實施例之氧化還原液流電池組及再平衡電池之示意圖，其中再平衡電池經組配以作用於負電解質溶液； 圖5為根據某些實施例之氧化還原液流電池組及再平衡電池之示意圖，其中再平衡電池經組配以作用於正電解質溶液； 圖6為根據某些實施例之氧化還原液流電池組之示意圖，其中再平衡電池整合至負電解質槽中且經組配以作用於負電解質溶液； 圖7為根據某些實施例之氧化還原液流電池組之示意圖，其中再平衡電池整合至正電解質槽中且經組配以作用於正電解質溶液； 圖8為根據某些實施例之氧化還原液流電池組及再平衡電池之示意圖，其中再平衡電池經組配以作用於負電解質及正電解質溶液； 圖9為根據某些實施例之氧化還原液流電池組及再平衡電池之示意圖，其中再平衡電池經組配以作用於負電解質及正電解質溶液； 圖10為根據某些實施例之氧化還原液流電池組及再平衡電池之示意圖，其中再平衡電池經組配以作用於負電解質及正電解質溶液； 圖11為根據某些實施例之氧化還原液流電池組及再平衡電池之示意圖，其中再平衡電池經組配以作用於負電解質及正電解質溶液；且 圖12 至 圖14為根據某些實施例之方法之流程圖。 圖15描繪間歇地執行再平衡之情況下循環電池之容量及庫倫效率。
200:氧化還原液流電池組
201:負電解質槽
202:負電解質溶液
203:正電解質槽
204:正電解質溶液
205:氧化還原液流電池組堆疊
206:外部負載或電源供應器
210:再平衡電池
211,212:腔室
213:離子選擇性膜
214,215:電極
216:外部電源供應器
220:支援電解質槽
221:支援電解質溶液
230:逸出

Claims (28)

  1. 一種氧化還原液流電池組系統，其包含： 一氧化還原液流電池組設備，其包含： 一第一槽，其包含一負電解質溶液； 一第二槽，其包含一正電解質溶液；以及 一液流電池組堆疊，其能夠自該負電解質溶液及該正電解質溶液之一化學反應提取電能，並能夠供應電能以引起該負電解質溶液及該正電解質溶液中之逆反應； 一再平衡設備，其包含： 一第一電極；以及 一第二電極，其包含一析氧反應催化劑，該再平衡設備經組配以自作為該第一槽及該第二槽中之一者的一源槽接收該負電解質溶液或該正電解質溶液中之至少一者，使該源槽之該負電解質溶液或該正電解質溶液改質，且將該經改質溶液返回至該源槽； 其中該液流電池組堆疊經組配以自該第一槽接收該負電解質溶液且將負電解質溶液返回至該第一槽，且自該第二槽接收該正電解質溶液且將正電解質溶液返回至該第二槽。
  2. 如請求項1之系統，其中該負電解質溶液及該正電解質溶液各自具有大於7之一pH。
  3. 如請求項2之系統，其中該第二電極包含鉑、鎳、鎳-鐵、氧(氫氧)化鎳(nickel oxyhydroxide)或氧(氫氧)化鎳-鐵(nickel-iron oxyhydroxide)。
  4. 如請求項1之系統，其中該負電解質溶液及該正電解質溶液各自具有低於7之一pH。
  5. 如請求項4之系統，其中該第二電極包含鉑、氧化釕或氧化銥。
  6. 如請求項1至5中任一項之系統，其中該再平衡設備另外經組配以經由該第二電極對該負電解質溶液執行一氧化反應。
  7. 如請求項1至5中任一項之系統，其另外包含用以排出或釋放在該第二電極處形成之氣態產物的一出口。
  8. 如請求項1至5中任一項之系統，其中該再平衡設備之該第一電極及該第二電極整合至該氧化還原液流電池組設備之該第一槽或該第二槽之任一者中。
  9. 如請求項8之系統，其另外包含：一出口，其用以排出或釋放在該第二電極處形成之氣態產物；以及一導管，其用以收集在該第二電極處形成之氣態產物之氣泡且將該等氣泡引導至該出口。
  10. 如請求項1之系統，其另外包含一第一隔板，該第一隔板以界定一第一腔室及一第二腔室之方式劃分該再平衡設備，該第一腔室包含該第一電極且該第二腔室包含該第二電極。
  11. 如請求項10之系統，其中該第一隔板為一陰離子交換膜或一陽離子交換膜。
  12. 如請求項10之系統，其中該第一腔室及該第二腔室經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第一槽接收該負電解質溶液，且將該經改質負電解質溶液自該第一腔室及該第二腔室返回至該氧化還原液流電池組設備之該第一槽。
  13. 如請求項10之系統，其中該第一腔室及該第二腔室經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第二槽接收該正電解質溶液，且將該經改質正電解質溶液自該第一腔室及該第二腔室返回至該氧化還原液流電池組設備之該第二槽。
  14. 如請求項10至13中任一項或請求項22之系統，其另外包含： 一支援電解質槽及支援電解質溶液； 該第二腔室經組配以自該支援電解質槽接收該支援電解質溶液且將該支援電解質溶液返回至該支援電解質槽；以及 該第一腔室經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第一槽接收該負電解質溶液且將該經改質負電解質溶液返回至該氧化還原液流電池組設備之該第一槽。
  15. 如請求項10至13中任一項或請求項22之系統，其另外包含： 一支援電解質槽及支援電解質溶液； 該第二腔室經組配以自該支援電解質槽接收該支援電解質溶液且將該支援電解質溶液返回至該支援電解質槽；以及 該第一腔室經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第二槽接收該正電解質溶液且將該經改質正電解質溶液返回至該氧化還原液流電池組設備之該第二槽。
  16. 如請求項10至13中任一項或請求項22之系統，其中： 該第一腔室係經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第二槽接收該正電解質溶液且將該正電解質溶液自該第二腔室返回至該氧化還原液流電池組設備之該第二槽，以及 該第二腔室係經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第一槽接收該負電解質溶液且將該經改質負電解質溶液返回至該氧化還原液流電池組設備之該第一槽。
  17. 如請求項10至13中任一項或請求項22之系統，其另外包含安置於該第一隔板與該第二電極之間的一第二隔板，藉此界定該第一隔板與該第二隔板之間的一第三腔室，此第三腔室位於該第一腔室與該第二腔室之間。
  18. 如請求項17之系統，其中該第一隔板為一雙極膜，其經組配以將質子供應至該第一腔室且將氫氧根離子供應至該第三腔室，且該第二隔板為一陰離子交換膜或一陽離子交換膜。
  19. 如請求項18之系統，其中： 該第一腔室係經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第一槽接收該負電解質溶液且將該經改質負電解質溶液返回至該氧化還原液流電池組設備之該第一槽； 該第二腔室係經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第二槽接收該正電解質溶液且將該經改質正電解質溶液返回至該氧化還原液流電池組設備之該第二槽；且 該第三腔室係經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第一槽或該第二槽接收該正電解質溶液或該負電解質溶液之任一者，且將該經改質溶液返回至該氧化還原液流電池組設備之該源槽。
  20. 如請求項17之系統，其中該第一隔板為一陰離子交換膜或一陽離子交換膜，且該第二隔板為一雙極膜，其經組配以將質子供應至該第三腔室且將氫氧根離子供應至該第二腔室。
  21. 如請求項20之系統，其中： 該第一腔室係經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第一槽接收該負電解質溶液且將該經改質負電解質溶液返回至該氧化還原液流電池組設備之該第一槽； 該第二腔室係經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第二槽接收該正電解質溶液且將該經改質正電解質溶液返回至該氧化還原液流電池組設備之該第二槽；且 該第三腔室係經組配以自該氧化還原液流電池組設備之該第一槽或該第二槽接收該正電解質溶液或該負電解質溶液之任一者，且將該經改質溶液返回至該氧化還原液流電池組設備之該源槽。
  22. 如請求項11之系統，其中該第一隔板為一雙極膜。
  23. 一種方法，其包含： 提供一氧化還原液流電池組系統，其包含： 一氧化還原液流電池組設備，其包含： 一第一槽，其包含一負電解質溶液； 一第二槽，其包含一正電解質溶液；以及 一液流電池組堆疊，其能夠自該負電解質溶液及該正電解質溶液之一化學反應提取電能，並能夠供應電能以引起該負電解質溶液及該正電解質溶液中之逆反應； 該液流電池組堆疊經組配以自該第一槽接收該負電解質溶液且將負電解質溶液返回至該第一槽，並經組配以自該第二槽接收該正電解質溶液且將正電解質溶液返回至該第二槽； 一再平衡設備，其包含： 一第一電極；以及 一第二電極，其包含一析氧反應催化劑，該再平衡設備經組配以自一或多個源槽接收該負電解質溶液或該正電解質溶液中之至少一者，且將一或多種經改質溶液返回至該各別一或多個源槽，自該各別一或多個源槽，該負電解質溶液或該正電解質溶液係被接收；以及 使一電流經過該再平衡設備以維持該負電解質與該正電解質之間的荷電狀態不平衡低於一臨限值。
  24. 一種方法，其包含： 提供如請求項23之氧化還原液流電池組系統； 將該氧化還原液流電池組設備放電，直至電池電壓或放電電流密度降至低於一臨限值； 維持該氧化還原液流電池組設備之放電狀態；以及 使一電流經過該再平衡設備，直至再平衡電池電壓超過一臨限值或再平衡電流密度降至低於一臨限值。
  25. 如請求項24之方法，其中該再平衡設備另外經組配以經由該第二電極對該負電解質溶液執行一氧化反應。
  26. 一種方法，其包含： 提供如請求項23之氧化還原液流電池組系統； 將該氧化還原液流電池組設備充電，直至電池電壓超過一臨限值或充電電流密度降至低於一臨限值； 維持該氧化還原液流電池組設備之充電狀態；以及 使一電流經過該再平衡設備，直至再平衡電池電壓超過一臨限值或再平衡電流密度降至低於一臨限值。
  27. 如請求項26之方法，其中該再平衡設備另外經組配以經由該第二電極對該負電解質溶液執行一氧化反應。
  28. 一種方法，其包含： 提供如請求項23之氧化還原液流電池組系統，其中該再平衡設備另外經組配以經由該第二電極對該負電解質溶液執行一氧化反應；以及 使一電流經過該再平衡設備，其中經過該再平衡設備之部分該電流係被引導至該第二電極處之水氧化，且 經過該再平衡設備之部分該電流係被引導以恢復該負電解質溶液之電荷容量的方式氧化降解的負電解質。
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