TWI794254B - 氧化還原液流電池單元、氧化還原液流電池單元堆、及氧化還原液流電池 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種氧化還原液流電池單元，其包含一正極、一負極及插入於該正極與該負極之間的一膜。該正極及該負極具有該正極及該負極於其中彼此重疊且該膜位於該正極與該負極之間的一重疊區域，且該正極及該負極之至少一者具有該正極及該負極於其中彼此不重疊且該膜位於該正極與該負極之間的一非重疊區域。該非重疊區域之總面積係該重疊區域之面積之0.1%至20%。

Description

氧化還原液流電池單元、氧化還原液流電池單元堆、及氧化還原液流電池
本發明係關於一種氧化還原液流電池單元、一種氧化還原液流電池單元堆及一種氧化還原液流電池。
眾所周知，氧化還原液流電池(下文可指稱「RF電池」)係一大容量蓄電池，氧化還原液流電池藉由使電解質循環至一正極及一負極來執行充電及放電，正極及負極配置成其等之間插入一膜(參考專利文獻1)。專利文獻1揭示一種單元堆，其中重複堆疊單元框架、正極、膜(離子交換膜)及負極。一單元框架包含一框架體及與框架體整合之一雙極板。在單元堆中，相鄰單元框架之雙極板之間配置一正極及一負極且一膜位於正極與負極之間以因此構成一單元。 引用列表 專利文獻
PTL 1：日本未審查專利公開申請案第2012-99368號
根據本發明之一種氧化還原液流電池單元包含一正極、一負極及插入於該正極與該負極之間的一膜。該正極及該負極具有該正極及該負極於其中彼此重疊且該膜位於該正極與該負極之間的一重疊區域，且該正極及該負極之至少一者具有該正極及該負極於其中彼此不重疊且該膜位於該正極與該負極之間的一非重疊區域。該非重疊區域之總面積係該重疊區域之面積之0.1%至20%。
根據本發明之一種氧化還原液流電池單元堆包含數個根據本發明之氧化還原液流電池單元，該等氧化還原液流電池單元被重複堆疊。
根據本發明之一種氧化還原液流電池包含根據本發明之氧化還原液流電池單元或根據本發明之氧化還原液流電池單元堆。
[本發明待解決之問題] 在一RF電池中，期望可在一電力系統之電源失效期間自己重新啟動操作。
一RF電池藉由使用泵使電解質循環至一單元中來執行充電及放電，在單元中，一正極及一負極配置成面向彼此且一膜位於正極與負極之間。一般而言，在RF電池中，藉由將電力自一外部電力系統供應至泵來驅動泵。當電源失效發生於電力系統中時，泵停止工作且電解質流動因此停止。因此，無法在期望放電時執行自RF電池至電力系統之放電。因此，需要自單元(或單元堆)供應啟動泵所需之電力，使得可在電力系統之電源失效期間自己重新啟動RF電池之操作。
在RF電池中，即使泵在電力系統之電源失效期間停止工作，由於電解質仍保留在單元中，可藉由使用藉由使單元中正極與負極之間的電解質放電所產生之電力來啟動泵。然而，在一既有RF電池單元中，正極之面積通常等於負極之面積，且正極及負極經配置使得兩個電極之整個表面彼此重疊且一膜位於正極與負極之間。因此，電池反應發生於兩個電極之整個表面上。因此，在既有單元中，例如，當一電力系統在RF電池之放電期間發生電源失效時，單元中之電解質因放電反應而處於一放電狀態中，且在一些情況中，其無法藉由使用單元中剩餘之電解質來確保啟動泵所需之電力。此外，兩個電極之間的電解質之自放電可能繼續，且在泵停工期間，儲存於單元之電解質中之電力可能因自放電而被消耗。因此，自歸因於電力系統之電源失效之泵停止工作至泵啟動之時段受嚴格時間限制。
因此，本發明之一目的係提供可在一電力系統之電源失效期間供應用於啟動泵之電力的一種氧化還原液流電池單元及一種氧化還原液流電池單元堆。本發明之另一目的係提供可在電力系統之電源失效期間自己重新啟動操作的一種氧化還原液流電池。
[本發明之有利效應] 根據本發明，可提供可在一電力系統之電源失效期間供應用於啟動泵之電力的一種氧化還原液流電池單元及一種氧化還原液流電池單元堆。此外，根據本發明，可提供可在一電力系統之電源失效期間自己重新啟動操作的一種氧化還原液流電池。
[本發明之實施例之描述] 首先，將列舉及描述本發明之實施例之內容。
(1)根據一實施例之一個氧化還原液流電池單元包含一正極、一負極及插入於該正極與該負極之間的一膜。該正極及該負極具有該正極及該負極於其中彼此重疊且該膜位於該正極與該負極之間的一重疊區域，且該正極及該負極之至少一者具有該正極及該負極於其中彼此不重疊且該膜位於該正極與該負極之間的一非重疊區域。該非重疊區域之總面積係該重疊區域之面積之0.1%至20%。
在該氧化還原液流電池單元中，該正極及該負極經配置以具有該正極及該負極之一重疊區域及一非重疊區域，且該兩個電極之該非重疊區域之總面積係該重疊區域之面積之0.1%至20%。術語「重疊區域」係指在自一側透視觀看該正極及該負極時該正極及該負極彼此重疊之一區域。另一方面，術語「非重疊區域」係指除該重疊區域之外之一區域，其中該正極及該負極彼此不重疊。該重疊區域係有貢獻於該兩個電極之間的電池反應之一部分，且該非重疊區域係未貢獻於該兩個電極之間的電池反應之一部分。
在該氧化還原液流電池單元中，該正極及高負極之至少一者具有一非重疊區域。由於該非重疊區域未貢獻於電池反應，所以未參與電池反應之未反應電解質存在於該非重疊區域中。即，在泵在一電力系統之電源失效期間停止工作且電解質流動停止之情況中，未反應電解質部分保留於該單元中。在泵停工期間，存在於該非重疊區域中之未反應電解質擴散至該重疊區域中，因此可由於該兩個電極之間的放電而自該單元供應啟動泵所需之電力。因此，例如，即使電力系統在RF電池之放電期間發生電源失效且泵停止，但可由未參與電池反應且存在於該非重疊區域中之電解質確保啟動泵所需之電力。此外，即使在泵停工期間該兩個電極之間的該重疊區域中繼續電解質之自放電，但由於存在於該非重疊區域中之未反應電解質擴散至該重疊區域中，所以可長時間釋放儲存於未反應電解質中之電力。因此，可緩解自歸因於電力系統之電源失效之泵停止工作至泵啟動之時段之時間限制。因此，在該氧化還原液流電池單元中，可在電力系統之電源失效期間供應用於啟動泵之電力，且甚至可在無法自外部供應電力至泵之條件下啟動泵。
在該氧化還原液流電池單元中，由於該非重疊區域之總面積係該重疊區域之面積之0.1%或更大，所以藉由確保在該非重疊區域中流動之電解質量來容易地確保在電力系統之電源失效期間啟動泵所需之電力。另一方面，隨著該非重疊區域之面積比增大，在該非重疊區域中流動之電解質之比例增大且在該重疊區域中流動之電解質量減少。由於該非重疊區域之總面積係該重疊區域之面積之20%或更小，所以可藉由確保有貢獻於電池反應之該重疊區域來抑制充電及放電期間之輸出減少。
(2)在根據實施例之氧化還原液流電池單元中，該正極及該負極之各者可具有該非重疊區域。
當該正極及該負極之各者具有該非重疊區域時，未反應電解質存在於各電極之該非重疊區域中。因此，可可靠地引起該兩個電極之間的電解質放電，且可藉由供應在電力系統之電源失效期間啟動泵所需之電力來可靠地啟動泵。
(3)在根據實施例之氧化還原液流電池單元中，該正極可具有等於該負極之面積的一面積。
在該正極具有等於該負極之面積的一面積之情況中，具有相同面積之非重疊區域形成於該正極及該負極中，且相同量之電解質在各電極之該非重疊區域中流動。因此，可足以引起該兩個電極之間的電解質放電，且可足以供應在電力系統之電源失效期間啟動泵所需之電力。表達「正極具有等於負極之面積的一面積」意謂該兩個電極具有實質上相同面積。例如，當該兩個電極之間的面積差係各電極之面積之0.01%或更小時，該兩個電極之面積被視為彼此相等。此處，該正極之面積及該負極之面積係指面向彼此之該等電極之平面之平面面積。
(4)在根據實施例之氧化還原液流電池單元中，該正極及該負極可各具有0.05 mm或更大之一厚度。
當該兩個電極各具有0.05 mm或更大之一厚度時，足以容易地確保在該非重疊區域中流動之電解質量。因此，足以容易地確保在電力系統之電源失效期間啟動泵所需之電力。此處，該正極及該負極之各者之厚度係電極配置於該單元內時之厚度。在該等電極在該單元中保持一壓縮狀態之情況中，各電極之厚度係指處於該壓縮狀態中之電極之厚度。
(5)在根據實施例之氧化還原液流電池單元中，該正極及該負極可各具有250 cm2 或更大之一面積。
當該兩個電極各具有250 cm2 或更大之一面積時，足以容易地確保該重疊區域及該非重疊區域之各者之面積，且足以容易地確保在各區域中流動之電解質量。因此，可確保充電及放電期間之輸出，且足以容易地確保在電力系統之電源失效期間啟動泵所需之電力。
(6)根據一實施例之一個氧化還原液流電池單元堆包含數個根據條項(1)至(5)中任一者之氧化還原液流電池單元，其中該等氧化還原液流電池單元被重複堆疊。
由於該氧化還原液流電池單元堆包含數個根據實施例之氧化還原液流電池單元，所以可在電力系統之電源失效期間供應用於啟動泵之電力。該氧化還原液流電池單元堆包含複數個單元，且可藉由使用存在於各單元之該非重疊區域之未反應電解質來確保啟動泵所需之電力。因此，可足以自該單元堆供應啟動泵所需之電力。
(7)根據一實施例之一個氧化還原液流電池包含根據條項(1)至(5)中任一者之氧化還原液流電池單元或根據條項(6)之氧化還原液流電池單元堆。
由於該氧化還原液流電池包含根據實施例之氧化還原液流電池單元或氧化還原液流電池單元堆，所以可自該單元或單元堆供應在電力系統之電源失效期間啟動泵所需之電力，且可啟動該等泵。因此，該氧化還原液流電池可在電力系統之電源失效期間自己重新啟動操作。
[本發明之實施例之詳細描述] 下文將參考圖式來描述根據本發明之實施例之一個氧化還原液流電池單元(下文中可簡稱為「單元」)、一個氧化還原液流電池單元堆(下文中可簡稱為「單元堆」)及一個氧化還原液流電池(RF電池)之特定實例。在圖式中，相同元件符號表示相同或等效組件。本發明不受限於實例，但本發明之範疇由隨附申請範圍界定且意欲包含落於等效於申請專利範圍之含義及範疇的含義及範疇內之所有修改。
＜＜RF電池＞＞ 將參考圖1至圖5來描述根據一實施例之一RF電池1及設置於RF電池1中之一單元100及一單元堆2之實例。圖1及圖2中所展示之RF電池1使用一正極電解質及一負極電解質(其等各含有價數藉由氧化還原來改變之金屬離子作為一活性材料)且使用正極電解質中所含離子之氧化還原電位與負極電解質中所含離子之氧化還原電位之間的差來執行充電及放電。圖1中所展示之RF電池1之實例係一釩基RF電池，其使用一釩電解質，釩電解質含有用作正極電解質及負極電解質之各者之一活性材料的V離子。在圖1所展示之單元100中，實線箭頭指示一充電反應，且虛線箭頭指示一放電反應。RF電池1透過一交流電/直流電轉換器C連接至一電力系統L且(例如)係用於負載調平、用於電壓驟降補償及應急電源及用於使天然能源之輸出(諸如大規模引入之太陽能發電或風力發電)平穩。
＜＜單元＞＞ RF電池1包含一單元100，其包含一正極104、一負極105及插入於正極104與負極105之間的一膜101 (參考圖1)。在此實例中，單元100藉由容許氫離子穿透之一膜101來分離成一正極單元102及一負極單元103，且正極單元102及負極單元103分別含有正極104及負極105。正極單元102經由管路108及110連接至儲存一正極電解質之一正極電解質槽106。管路108具有用於使正極電解質自正極電解質槽106循環至正極單元102之一泵112，且部件106、108、110及112構成用於使正極電解質循環之一正極電解質循環機構100P。類似地，負極單元103經由管路109及111連接至儲存一負極電解質之一負極電解質槽107。管路109具有用於使負極電解質自負極電解質槽107循環至負極單元103之一泵113，且部件107、109、111及113構成用於使負極電解質循環之一負極電解質循環機構100N。在執行充電及放電之操作期間，驅動泵112及113以使正極電解質及負極電解質在單元100 (正極單元102及負極單元103)內循環。在不執行充電及放電之一備用期間，停止泵112及113以使電解質之循環停止。在此實例中，在常規操作期間，藉由將電力自電力系統L供應至泵112及113來驅動泵112及113。
＜＜單元堆＞＞ 在此實例中，如圖2及圖3中所展示，RF電池1包含其中重複堆疊單元100之一單元堆2。單元堆2經組態使得指稱一子堆200 (參考圖3)之一分層體夾置於兩個端板220之間且兩側上之端板220由一緊固機構230緊固(在圖3所繪示之組態中，包含複數個子堆200)。子堆200具有其中重複堆疊單元框架3、正極104、膜101及負極105之一組態，且供應/引流板210 (參考圖3之下部分中所展示之視圖；圖2中省略)安置於分層體之兩端上。在單元堆2中，所堆疊之單元100之數目係(例如) 5或更大、50或更大或100或更大。所堆疊之單元100之數目之上限不受特別限制，但例如為200或更小。
＜＜單元框架＞＞ 如圖2及圖3中所展示，一單元框架3包含安置於一正極104與一負極105之間的一雙極板31及圍繞雙極板31設置之一框架體32。正極104經安置以與雙極板31之一表面側接觸，且負極105經安置以與雙極板31之另一表面側接觸。雙極板31設置於框架體32內，且一凹部32o由雙極板31及框架體32形成(亦參考圖4)。凹部32o形成於雙極板31之兩側上(在圖4中，形成於頁面之正面及背面上)，且一正極104及一負極105安放於其各自凹部32o中且雙極板31位於正極104與負極105之間。在子堆200 (單元堆2)中，兩個相鄰單元框架3之一者之框架體32之一表面側面向另一單元框架3之框架體32之另一表面側，且一單元100形成於兩個相鄰單元框架3之雙極板31之間。
雙極板31係(例如)由碳塑膠或其類似者製成，且框架體32係(例如)由一塑膠(諸如氯乙烯樹脂(PVC)、聚丙烯、聚乙烯、氟樹脂或環氧樹脂)製成。雙極板31係藉由諸如注射成型、模壓成型或真空成形之一已知方法形成。在此實例所展示之單元框架3中，藉由注射成型或其類似者來圍繞雙極板31整合框架體32。在此實例中，雙極板31之平面形狀(平面圖中看到之形狀)係矩形，且框架體32呈矩形框架形狀。
藉由液體供應歧管33及34及液體排放歧管35及36 (其等經設置以穿過圖3中所展示之單元框架3之框架體32)及形成於框架體32上之液體供應狹縫33s及34s及液體排放狹縫35s及36s (亦參考圖4)，透過供應/引流板210 (參考圖3之下部分)來執行電解質循環至單元100。就此實例中之單元框架3 (框架體32)而言，正極電解質自設置於框架體32之下部分上之液體供應歧管33通過形成於框架體32之一表面側上(圖4中之頁面之正面上)之液體供應狹縫33s而供應至正極104，且透過形成於框架體32之上部分上之液體排放狹縫35s而排放至液體排放歧管35。類似地，負極電解質自設置於框架體32之下部分上之液體供應歧管34供應通過形成於框架體32之另一表面側上(圖4中之頁面之背面上)之液體供應狹縫34s而供應至負極105，且透過形成於框架體32之上部分上之液體排放狹縫36s而排放至液體排放歧管36。整流部分(圖中未展示)可沿其上設置雙極板31之框架體32之一內下邊緣及一內上邊緣形成。整流部分用於擴散自液體供應狹縫33s及34s沿電極104及105之下邊緣供應之電解質及收集自電極104及105之上邊緣排放至液體排放狹縫35s及36s之電解質。
在此實例之單元100中，自正極104及負極105之下側供應電解質，且自電極104及105之上側排放電解質。在電極104及105之各者中，電解質自下邊緣朝向上邊緣流動(在圖4中，頁面左側上之粗線箭頭指示電解質流動之總體方向)。複數個凹槽部分(圖中未展示)可形成於與電極104及105接觸之雙極板31之表面上以沿電解質流動之方向延伸。藉此，可減小電解質流動阻力且可減少電解質壓力損失。凹槽部分之橫截面形狀(正交於電解質流動方向之一橫截面之形狀)不受特別限制，而是可為(例如)矩形、三角形(V形)、梯形、半圓形或半橢圓形。
另外，諸如O形環及扁平墊圈之環形密封部件37 (參考圖2及圖3)安置於單元框架3之框架體32之間，使得可抑制電解質之洩漏。框架體32具有用於安置密封部件37之密封凹槽38 (參考圖4)。
根據實施例之單元100之一特性係正極104及負極105之配置，正極104及負極105配置成面向彼此且膜101位於正極104與負極105之間。具體而言，正極104及負極105具有正極104及負極105於其中彼此重疊且膜101位於正極104與負極105之間的一重疊區域OA，且正極104及負極105之至少一者具有正極104及負極105於其中彼此不重疊且膜101位於正極104與負極105之間的一非重疊區域SA (參考圖5)。下文將主要參考圖5來描述單元100中之正極104及負極105之配置。圖5中省略膜。
＜＜正極及負極＞＞ 正極104及負極105之各者係電解質中所含之活性材料(離子)於其中引起一電池反應之一反應部位。電極104及105可各由一已知材料製成，且係由(例如)碳纖維、紙(碳紙)或其類似者組成之一非編織物(碳氈)或編織物(碳布)製成。在此實例中，電極104及105之各者之平面形狀係矩形。
電極104及105之各者之厚度不受特別限制，但例如為0.5 mm或更大或0.2 mm或更大。當電極104及105之各者之厚度係0.05 mm或更大時，藉由確保在電極104及105之各者中流動之電解質量來容易地確保充電及放電期間之輸出。此處，電極104及105之各者之厚度係組裝單元100 (參考圖3)之狀態中之電極之厚度。在使電極104及105之各者沿單元100之厚度方向(單元框架3之凹部32o)保持一壓縮狀態之情況中，厚度係指處於壓縮狀態中之電極之厚度。在此情況中，凹部32o之深度對應於電極104及105之各者之厚度。電極104及105之各者之厚度之上限係(例如) 3.0 mm或更小。
電極104及105之各者之面積不受特別限制，但例如為250 cm2 或更大或500 cm2 或更大。當電極104及105之各者之面積係250 cm2 或更大時，藉由確保在電極104及105之各者中流動之電解質量來容易地確保充電及放電期間之輸出。此處，電極104之面積及電極105之面積係指面向彼此之電極之平面之平面面積。電極104及105可具有相同面積或不同面積。在此實例中，電極104之面積等於電極105之面積。電極104及105之各者之面積之上限係(例如)約8,000 cm2 。
＜電極之配置＞ 在此實施例中，如圖5中所展示，正極104及負極105經配置使得當在平面圖中觀看時，電極104及105具有一重疊區域OA且電極104及105之各者具有一非重疊區域SA。圖5展示自正極104側透視觀看時之單元100中之正極104及負極105之一配置狀態。在圖5所展示之電極配置之實例中，正極104及負極105經配置以傾斜移位。具體而言，自正極104及負極105彼此重疊且其等之中心彼此重合的狀態朝向左上方傾斜移動正極104且朝向右下方傾斜移動負極105。在此實例中，正極104之面積等於負極105之面積，且正極104及負極105之各者具有一非重疊區域SA。此外，正極104之非重疊區域SA及負極105之非重疊區域SA具有相同面積。在圖5中，為促進理解，正極104及負極105之重疊區域OA由交叉斜線指示，正極104之非重疊區域SA由右上傾斜線指示，且負極105之非重疊區域SA由右下傾斜線指示。
圖5展示正極104及負極105配置成傾斜移位之一實例。然而，正極104及負極105可經配置以沿上下方向(沿縱向方向)移位或可經配置以沿左右方向(沿水平方向)移位。
此外，正極104及負極105可具有不同面積，且具有一小面積之一電極可經配置以與具有一大面積之另一電極完全重疊。在此情況中，僅具有一大面積之正極104及負極105之一者具有一非重疊區域SA，且具有一小面積之另一電極僅具有一重疊區域OA。另外，在正極104及負極105具有不同面積之情況中，具有一小面積之一電極可經配置以自具有一大面積之另一電極部分突出。在此情況中，具有一小面積之電極亦可具有一非重疊區域SA。
在電極大小小於其中安放電極104及105之單元框架3之凹部32o (參考圖3)之情況中，為定位電極，朝向電極側突出之突出部分(圖中未展示)可形成於框架體32之內周邊表面上，或朝向框架體32突出之突出部分可形成於電極之外周邊表面上。突出部分之大小可經設定使得電極可被支撐。在突出部分形成於電極之外周邊表面上之情況中，突出部分之大小可設定為儘可能小以避免重疊區域過度增大。替代地，可藉由將單獨定位件(圖中未展示)插入於框架體32之內周邊表面與電極104及105之各者之外周邊表面之間來定位電極。定位件可由具有適度撓性及電解質抗性(電解質電阻)之一材料(諸如橡膠、海綿橡膠或樹脂)形成。構成定位件之樹脂之實例包含聚乙烯發泡體、胺基甲酸酯發泡體及聚苯乙烯發泡體。
如圖5中所展示，在正極104及負極105之至少一者(在此實施例中為正極104及負極105之各者)具有一非重疊區域SA之情況中，未參與電池反應之未反應電解質存在於非重疊區域SA中。其原因在於：由於非重疊區域SA係未貢獻於電極104與105之間的電池反應之一部分，所以電解質在一未反應狀態中流動於非重疊區域SA中。即，在泵112及113在電力系統L之電源失效期間停止工作且電解質流動停止(參考圖1及圖2)之情況中，未反應電解質部分保留於單元100中。存在於非重疊區域SA中之未反應電解質擴散至重疊區域OA中以引起電極104與105之間的一電池反應，且藉此可在電源失效期間自單元100 (單元堆2)供應啟動泵112及113所需之電力。在此實例中，由於正極104及負極105之各者具有非重疊區域SA，所以未反應電解質存在於非重疊區域SA之各者中。因此，可可靠地引起電極104與105之間的一電池反應。此外，正極104中之非重疊區域SA及負極105中之非重疊區域SA具有相同面積，且相同量之電解質在各電極之非重疊區域SA中流動。因此，可足以引起電極104與105之間的一電池反應。
＜重疊區域與非重疊區域之間的面積比＞ 在此實施例中，正極104及負極105中之非重疊區域之總面積係重疊區域OA之面積之0.1%至20%。由於非重疊區域SA之總面積係重疊區域OA之面積之0.1%或更大，所以藉由確保在非重疊區域SA中流動之電解質量來容易地確保在電源失效期間啟動泵112及113所需之電力。另一方面，隨著非重疊區域SA之面積比(非重疊區域SA之總面積/重疊區域OA之面積)增大，在非重疊區域中流動之電解質之比例增大且在重疊區域OA中流動之電解質量減少。由於非重疊區域SA之總面積係重疊區域OA之面積之20%或更小，所以可藉由確保有貢獻於電池反應之重疊區域OA來抑制充電及放電期間之輸出減少。較佳地，非重疊區域SA之總面積係(例如)重疊區域OA之面積之0.2%至15%。
{實施例之有利效應} 根據實施例之單元100、單元堆2及RF電池1具有以下操作優點。
＜＜單元＞＞ 在根據實施例之單元100中，正極104及負極105之至少一者具有一非重疊區域SA。因此，在泵112及113在電力系統L之電源失效期間停止工作之情況中，存在於非重疊區域SA中之未反應電解質擴散至重疊區域OA中，且因此可因電極104與105之間的放電而釋放啟動泵112及113所需之電力。因此，在根據實施例之單元100中，可在電力系統L之電源失效期間供應用於啟動泵112及113之電力。
在包含單元100之RF電池1中，甚至可在無法自外部供應電力至泵112及113之條件下藉由自單元100供應電力至泵112及113來啟動泵。例如，即使電力系統L在RF電池1之放電期間發生電源失效且泵112及113停止工作，但可藉由未參與電池反應且存在於單元100之非重疊區域SA中之電解質來確保啟動泵112及113所需之電力。此外，即使電極104與105之間的重疊區域OA中之電解質之自放電在泵112及113之停工期間繼續，但由於存在於非重疊區域SA中之未反應電解質擴散至重疊區域OA中，所以可長時間釋放儲存於未反應電解質中之電力。因此，可緩解自歸因於電源失效之泵112及113之停止至泵112及113之啟動之時段之時間限制。
當非重疊區域SA之總面積係重疊區域OA之面積之0.1%至20%時，適度容易地確保在非重疊區域SA及重疊區域OA之各者中流動之電解質量，確保在電源失效期間啟動泵112及113所需之電力，且在正常操作中容易地確保充電及放電期間之輸出。
如同根據實施例之單元100，在正極104及負極105之各者具有非重疊區域SA之情況中，未反應電解質存在於電極104及105之各者之非重疊區域SA中。因此，可可靠地引起電極104與105之間的電解質放電，且可藉由供應在電源失效期間啟動泵112及113所需之電力來可靠地啟動泵112及113。此外，在正極104之面積等於負極105之面積之情況中，具有相同面積之非重疊區域SA形成於正極104及負極105中。因此，可足以引起電極104與105之間的電解質放電，且可足以供應在電源失效期間啟動泵112及113所需之電力。
此外，當正極104及負極105各具有0.05 mm或更大之一厚度時，足以容易地確保在非重疊區域SA中流動之電解質量。因此，足以容易地確保在電源失效期間啟動泵112及113所需之電力。當正極104及負極105各具有250 cm2 或更大之一面積時，足以容易地確保重疊區域OA及非重疊區域SA之各者之面積，且足以容易地確保在各區域中流動之電解質量。因此，可確保充電及放電期間之輸出，且足以容易地確保在電源失效期間啟動泵112及113所需之電力。
＜＜單元堆＞＞ 由於根據實施例之單元堆2包含根據實施例之單元100，所以可在電力系統L之電源失效期間供應用於啟動泵112及113之電力。單元堆2包含複數個單元100，且藉由使用存在於各單元100之非重疊區域SA中之未反應電解質來容易地確保啟動泵112及113所需之電力。因此，可足以自單元堆2供應啟動泵112及113所需之電力。
＜＜RF電池＞＞ 由於根據實施例之RF電池1包含根據實施例之單元100或單元堆2，所以可自單元100或單元堆2供應在電力系統L之電源失效期間啟動泵112及113所需之電力且可啟動泵112及113。因此，根據實施例之RF電池1可在電力系統L之電源失效期間自己重新啟動操作。
[測試實例1] 組裝具有一單元中之一正極及一負極之不同配置的RF電池(樣本A至D)，且藉由使用RF電池來進行一泵啟動測試。
藉由相繼重複堆疊單元框架、正極、膜及負極來形成多層體，且製造單元堆。使用具有相同形狀及大小之由碳氈製成之電極作為正極及負極。所使用之正極及負極具有矩形平面形狀、相同面積及相同厚度。面積係250 cm2 且厚度係0.3 mm。在各單元堆中，所堆疊之單元數目係5。
在此測試中，製造四種類型之單元堆，其中電極經配置使得在構成單元堆之各單元之正極及負極中，非重疊區域之總面積係重疊區域之面積之0.1%、20%、0.05%或0%。將用於使電解質循環之循環機構安裝於各單元堆上，且因此組裝RF電池樣本A至D。此處，表達「非重疊區域之總面積係重疊區域之面積之0%」意謂兩個電極之表面彼此完全重疊。
在測試方法中，在對各RF電池樣本充電之後執行放電，在放電期間停止泵，且藉由在泵停工期間將電力自單元堆供應至泵來檢查是否啟動泵。表1展示是否可啟動泵。啟動所使用之泵所需之電力係5 W。在表1中，「A」表示可啟動泵之情況，且「B」表示不可啟動泵之情況。
[表1]
Figure 107124229-A0304-0001
自表1中所展示之結果證實，當非重疊區域之總面積係重疊區域之面積之0.1%或更大時，可供應用於啟動泵之電力。
{實施例之應用} 根據實施例之氧化還原液流電池單元及氧化還原液流電池單元堆可適合用於氧化還原液流電池。
1‧‧‧氧化還原液流(RF)電池2‧‧‧氧化還原液流電池單元堆(單元堆)3‧‧‧單元框架31‧‧‧雙極板32‧‧‧框架體32o‧‧‧凹部33‧‧‧液體供應歧管33s‧‧‧液體供應狹縫34‧‧‧液體供應歧管34s‧‧‧液體供應狹縫35‧‧‧液體排放歧管35s‧‧‧液體排放狹縫36‧‧‧液體排放歧管36s‧‧‧液體排放狹縫37‧‧‧密封部件38‧‧‧密封凹槽100‧‧‧氧化還原電池(單元)100N‧‧‧負極電解質循環機構100P‧‧‧正極電解質循環機構101‧‧‧膜102‧‧‧正極單元103‧‧‧負極單元104‧‧‧正極105‧‧‧負極106‧‧‧正極電解質槽107‧‧‧負極電解質槽108‧‧‧管路109‧‧‧管路110‧‧‧管路111‧‧‧管路112‧‧‧泵113‧‧‧泵200‧‧‧子堆210‧‧‧供應/引流板220‧‧‧端板230‧‧‧緊固機構C‧‧‧交流電/直流電轉換器L‧‧‧電力系統OA‧‧‧重疊區域SA‧‧‧非重疊區域
圖1係根據一實施例之一個氧化還原液流電池之一操作原理圖。 圖2係根據一實施例之一個氧化還原液流電池之一示意圖。 圖3係根據一實施例之一單元堆之一示意圖。 圖4係根據一實施例之一單元堆中之一單元框架之一示意平面圖，自單元框架之一表面側觀看。 圖5係展示根據一實施例之一單元中之一正極及一負極之配置之一實例的一透視示意平面圖。
104‧‧‧正極
105‧‧‧負極
OA‧‧‧重疊區域
SA‧‧‧非重疊區域

Claims (7)

  1. 一種氧化還原液流電池單元，其包括一正極、一負極及插入於該正極與該負極之間的一膜，其中該正極及該負極具有該正極及該負極於其中彼此重疊且該膜位於該正極與該負極之間的一重疊區域，且該正極及該負極之各者具有該正極及該負極於其中彼此不重疊且該膜位於該正極與該負極之間的一非重疊區域，且其中該非重疊區域之總面積係該重疊區域之面積之0.1%至20%，該正極及該負極之兩者於該正極及該負極之面向彼此之面具有該非重疊區域。
  2. 如請求項1之氧化還原液流電池單元，其中該正極及該負極之面積相等。
  3. 如請求項1或2之氧化還原液流電池單元，其中該正極之面向該負極之面之總平面面積等於該負極之面向該正極之面之總平面面積。
  4. 如請求項1或2之氧化還原液流電池單元，其中該正極及該負極各具有0.05mm或更大之一厚度。
  5. 如請求項1或2之氧化還原液流電池單元，其中該正極及該負極各具有250cm2或更大之一面積。
  6. 一種氧化還原液流電池單元堆，其包括數個如請求項1至5中任一項之氧化還原液流電池單元，該等氧化還原液流電池單元被重複堆疊。
  7. 一種氧化還原液流電池，其包括如請求項1至5中任一項之氧化還原液流電池單元或如請求項6之氧化還原液流電池單元堆。
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