TWI849639B - 氧化還原液流電池以及其電解液 - Google Patents
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Abstract
本揭露提供一種氧化還原液流電池的電解液，其包括負極電解液以及正極電解液。負極電解液包括負極活性物質以及負極溶劑，且正極電解液包括正極活性物質以及正極溶劑。負極電解液的初始體積大於正極電解液的初始體積。本揭露更提供一種包括此電解液的氧化還原液流電池。
Description
本揭露是有關於一種氧化還原液流電池以及其電解液，且特別是有關於一種全釩氧化還原液流電池以及其電解液。
氧化還原液流電池是一種極具應用潛力的儲能裝置，其具有安全性高、可完全充放電、能量效率高、電池壽命長、電解液劣化少、充放電時不會排放有害環境的氣體等優點。
在氧化還原液流電池中，於負極與正極之間會設置有離子交換膜，其用以分隔位於負極中的負極活性物質以及負極溶劑與位於正極中的正極活性物質以及正極溶劑，且在充電及/或放電時允許氫離子（質子）通過。然而，在實際操作氧化還原液流電池時，仍會有少量的活性物質及/或溶劑穿過離子交換膜，當進行多次的充電/放電循環後，負極與正極之間的活性物質濃度、溶劑濃度及/或溶液體積等之間的平衡將被破壞，使得氧化還原液流電池的總放電容量及/或平均能量效率將因此而降低。
舉例而言，在全釩氧化還原液流電池進行充電/放電過程時，位於負極中的V
2+以及V
3+（負極活性物質）相對於位於正極中的V
5+以及V
4+（正極活性物質）會以較高的速率滲透離子交換膜，在此情況下，全釩氧化還原液流電池在進行多次的充電/放電循環後，正極中的釩離子的含量將會大於負極中的釩離子的含量；或者正極中的電解液體積將會大於負極中的電解液體積。
基於此，習知的氧化還原液流電池的總放電容量及/或平均能量效率將因上述因素而下降。
本揭露提供一種氧化還原液流電池以及其電解液，其中包括此電解液的氧化還原液流電池具有相對高的總放電容量及/或平均能量效率。
本揭露的氧化還原液流電池的電解液包括負極電解液以及正極電解液。負極電解液包括負極活性物質以及負極溶劑，且正極電解液包括正極活性物質以及正極溶劑。負極電解液的初始體積大於正極電解液的初始體積。
本揭露的氧化還原液流電池包括負極、正極以及離子交換膜。負極包括負極電極、負極雙極板以及負極電解液。正極包括正極電極、正極雙極板以及正極電解液。離子交換膜設置於負極與正極之間。負極電解液的初始體積大於正極電解液的初始體積。
基於上述，由於本揭露提供的氧化還原液流電池以及其電解液中的負極電解液的初始體積大於正極電解液的初始體積，其可減緩液流電池充放電一段時間後因水拖曳現象所產生的正負極電解液的液位差，亦即降低負極中的電解液體積降低所造成的影響，且亦可減少因負極活性物質（V
2+以及V
3+）滲透離子交換膜的速率相對於正極活性物質（V
5+以及V
4+）滲透離子交換膜的速率較大而使負極中的電解液體積降低的影響，使得本揭露提供的氧化還原液流電池的總放電容量及/或平均能量效率可因此提高。
透過參考以下的詳細描述並同時結合附圖可以理解本揭露，須注意的是，為了使讀者能容易瞭解及圖式的簡潔，本揭露中的多張圖式只繪出電子裝置的一部分，且圖式中的特定元件並非依照實際比例繪圖。此外，圖中各元件的數量及尺寸僅作為示意，並非用來限制本揭露的範圍。
本揭露中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本揭露。在附圖中，各圖式繪示的是特定實施例中所使用的方法、結構及/或材料的通常性特徵。然而，這些圖式不應被解釋為界定或限制由這些實施例所涵蓋的範圍或性質。舉例來說，為了清楚起見，各膜層、區域及/或結構的相對尺寸、厚度及位置可能縮小或放大。
當相應的構件（例如膜層或區域）被稱為「在另一個構件上」時，它可以直接在另一個構件上，或者兩者之間可存在有其他構件。另一方面，當構件被稱為「直接在另一個構件上」時，則兩者之間不存在任何構件。另外，當一構件被稱為「在另一個構件上」時，兩者在俯視方向上有上下關係，而此構件可在另一個構件的上方或下方，而此上下關係取決於裝置的取向（orientation）。
術語「大約」、「等於」、「相等」或「相同」、「實質上」或「大致上」一般解釋為在所給定的值或範圍的20%以內，或解釋為在所給定的值或範圍的10%、5%、3%、2%、1%或0.5%以內。
說明書與申請專利範圍中所使用的序數例如「第一」、「第二」等之用詞用以修飾元件，其本身並不意含及代表該（或該些）元件有任何之前的序數，也不代表某一元件與另一元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚區分。本說明書與申請專利範圍中可不使用相同用詞，據此，說明書中的第一構件在申請專利範圍中可能為第二構件。
須知悉的是，以下所舉實施例可以在不脫離本揭露的精神下，可將數個不同實施例中的特徵進行替換、重組、混合以完成其他實施例。各實施例間特徵只要不違背發明精神或相衝突，均可任意混合搭配使用。
以下舉例本揭露的示範性實施例，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。
圖1為本揭露的一實施例的氧化還原液流電池的剖面示意圖。
請參照圖1，在一些實施例中，氧化還原液流電池10可包括負極100、負極電解液流入管N1、負極電解液流出管N2、負極電解液槽NT、負極泵NP、正極200、正極電解液流入管P1、正極電解液流出管P2、正極電解液槽PT、正極泵PP、離子交換膜300以及電源裝置400。在一些實施例中，氧化還原液流電池10中的負極100與正極200可構成電池單元Cell，其中電池單元Cell中可包括有彼此串聯/及並聯的多個電池子單元（未示出）而形成電池堆，但本揭露不以此為限。另外，在本實施例中，氧化還原液流電池10為全釩氧化還原液流電池。因此，氧化還原液流電池10在充電/放電時的氧化還原反應可例如由下式表示：
。
負極100例如包括有負極電極110、負極雙極板120以及負極電解液130。
在一些實施例中，負極電極110可包括多孔碳電極，其中多孔碳電極具有表面積大及/或負極電解液130在其中流通性佳的特性。基於此，負極電極110的材料可例如包括石墨氈、碳氈或其他合適的材料，但本揭露不以此為限。
在一些實施例中，負極雙極板120可包括耐酸鹼的高分子材料，本揭露不對使用的材料作限制。另外，負極雙極板120可例如具有供負極電解液130流動的流道，其中此流道可使負極電解液130相對容易地抵達負極電極110，而可降低負極100的內部電阻。此外，負極雙極板120可例如具有與負極電極110適配的型態，以降低負極雙極板120與負極電極110之間的接觸電阻，但本揭露不以此為限。
在一些實施例中，負極電解液130可包括負極活性物質以及負極溶劑。負極活性物質可例如是金屬離子或非金屬離子，其可藉由失去電子或得到電子所導致的價數變化而參與氧化還原液流電池10的氧化反應與還原反應。負極溶劑可例如是能夠溶解負極活性物質的溶劑，其可包括硫酸水溶液、硝酸水溶液、鹽酸水溶液或其組合。在本實施例中，由於氧化還原液流電池10為全釩氧化還原液流電池，負極電解液130中的負極活性物質為釩離子，且負極電解液130中的負極溶劑為硫酸水溶液，即，負極電解液130包括含有釩離子的硫酸水溶液。負極電解液130可例如藉由將五氧化二釩溶解於硫酸水溶液中而形成，但本揭露不以此為限。在一些實施例中，負極電解液130中的初始釩離子濃度（尚未進行充電/放電的循環的釩離子濃度）可為1.0M~2.0M，例如1.2M~1.8M，又例如1.4M~1.7M，且硫酸溶液的初始濃度（尚未進行充電/放電的循環的硫酸根離子濃度）可為3.0M~5.0M，例如3.8M~4.8M，又例如4.0M~4.5M。在氧化還原液流電池10為全釩氧化還原液流電池的情況下，負極電解液130中的釩離子以V
3+及V
2+存在，其中氧化還原液流電池10在放電時，負極電解液130中的釩離子主要以V
3+存在，且氧化還原液流電池10在充電時，負極電解液130中的釩離子主要以V
2+存在。詳細地說，氧化還原液流電池10在充電/放電時，負極100中的氧化還原反應可由下式表示：
。
負極電解液流入管N1以及負極電解液流出管N2例如用於連接負極100以及負極電解液槽NT，其中負極電解液槽NT例如儲存有負極電解液130。基於此，負極電解液130可經由負極電解液流入管N1進入負極100，且可經由負極電解液流出管N2離開負極100，以達到負極電解液130的循環供給，其中負極電解液130進入負極100以及離開負極100的動力可例如來自與負極電解液流入管N1連接的負極泵NP。
正極200例如包括有正極電極210、正極雙極板220以及正極電解液230。
在一些實施例中，正極電極210亦可包括多孔碳電極，其中多孔碳電極具有表面積大及/或正極電解液230在其中流通性佳的特性。基於此，正極電極210的材料可與負極電極110的材料相同或相似，但本揭露不以此為限。
在一些實施例中，正極雙極板220可包括耐酸鹼的高分子材料，本揭露不對使用的材料作限制。另外，正極雙極板220可例如具有供正極電解液230流動的流道，其中此流道可使正極電解液230相對容易地抵達正極電極210，而可降低正極200的內部電阻。此外，正極雙極板220可例如具有與正極電極210適配的型態，以降低正極雙極板220與正極電極210之間的接觸電阻。基於此，正極雙極板220的材料以及型態可與負極雙極板120的材料以及型態相同或相似，但本揭露不以此為限。
在一些實施例中，正極電解液230可包括正極活性物質以及正極溶劑。正極活性物質可例如是金屬離子或非金屬離子，其可藉由失去電子或得到電子所導致的價數變化而參與氧化還原液流電池10的氧化反應與還原反應。正極溶劑可例如是能夠溶解正極活性物質的溶劑，其可包括硫酸水溶液、硝酸水溶液、鹽酸水溶液或其組合。在本實施例中，由於氧化還原液流電池10為全釩氧化還原液流電池，正極電解液230中的正極活性物質為釩離子，且正極電解液230中的正極溶劑為硫酸水溶液，即，正極電解液230包括含有釩離子的硫酸水溶液。正極電解液230可例如藉由將五氧化二釩溶解於硫酸水溶液中而形成，但本揭露不以此為限。在氧化還原液流電池10為全釩氧化還原液流電池的情況下，正極電解液230中的釩離子以VO
2 +及VO
2+存在，其中氧化還原液流電池10在放電時，正極電解液230中的釩離子主要以VO
2+存在，且氧化還原液流電池10在充電時，正極電解液230中的釩離子主要以VO
2 +存在。詳細地說，氧化還原液流電池10在充電/放電時，正極200中的氧化還原反應可由下式表示：
。
在本實施例中，負極電解液130的初始體積大於正極電解液230的初始體積。詳細地說，在氧化還原液流電池10尚未進行充電/放電的循環時，負極電解液130的體積大於正極電解液230的體積。在一些實施例中，負極電解液130的體積與正極電解液230的體積之間的比值為大於1且小於或等於1.2。基於此，本實施例通過使負極電解液130的初始體積大於正極電解液230的初始體積，可減緩液流電池充放電循環一段時間後因水拖曳現象而使負極中的電解液體積降低的影響，且亦可減少因負極活性物質（V
2+以及V
3+）滲透離子交換膜300的速率相對於正極活性物質（V
5+以及V
4+）滲透離子交換膜300的速率較大而使負極中的電解液體積降低的影響，使得氧化還原液流電池10的放電容量以及能量效率可因此提高。
在本實施例中，正極電解液230中的初始釩離子濃度可為1.0M~2.0M，例如1.3M~1.8M，又例如1.5M~1.7M，且硫酸溶液的初始濃度可為3.0M~5.5M，例如3.8M~5.0M，又例如4.0M~4.8M。在一些實施例中，負極電解液130的初始釩離子濃度與正極電解液230的初始釩離子濃度之間的比值為大於或等於0.9且小於或等於1.8，且負極電解液130的初始硫酸根離子濃度與正極電解液230的初始硫酸根離子濃度之間的比值為大於或等於0.7且小於或等於1，但本揭露不以此為限。在另一些實施例中，負極電解液130的初始釩離子濃度大於正極電解液230的初始釩離子濃度，其中負極電解液130的初始釩離子濃度與正極電解液230的初始釩離子濃度之間的比值為大於1且小於或等於1.8。在另一些實施例中，負極電解液130的初始硫酸根離子濃度小於正極電解液230的初始硫酸根離子濃度，其中負極電解液130的初始硫酸根離子濃度與正極電解液230的初始硫酸根離子濃度之間的比值為大於或等於0.7且小於1。本實施例通過使負極電解液130與正極電解液230中的初始釩離子濃度及/或初始硫酸根離子濃度具有上述關係，可減少化氧化還原液流電池10在充電/放電的過程中活性物質濃度及/或電解液體積不平衡的影響，使得氧化還原液流電池10的放電容量以及能量效率可因此提高。
正極電解液流入管P1以及正極電解液流出管P2例如用於連接正極200以及正極電解液槽PT，其中正極電解液槽PT例如儲存有正極電解液230。基於此，正極電解液230可經由正極電解液流入管P1進入正極200，且可經由正極電解液流出管P2離開正極200，以達到正極電解液230的循環供給，其中正極電解液230進入正極200以及離開正極200的動力可例如來自與正極電解液流入管P1連接的正極泵PP。
離子交換膜300例如設置於負極100與正極200之間，其可用於在不阻礙作為電荷載體的質子穿透的情況下，抑制負極100與正極200之間的活性物質與溶劑導通，且不被負極電解液130與正極電解液230所侵蝕。在一些實施例中，離子交換膜300可包括高分子材料，其可包括烴系高分子、含氟高分子或其餘合適的高分子或其組合。舉例而言，離子交換膜300可為具有磺酸基的烴系高分子、具有磺酸基的全氟碳化物或其餘合適的材料，本揭露不以此為限。
電源裝置400例如與負極100以及正極200構成的電池單元Cell電性連接。在本實施例中，電源裝置400可各自通過負極電源線NL以及正極電源線PL與負極100以及正極200電性連接，但本揭露不以此為限。在本實施例中，電源裝置400可包括有電源供給來源410、電源供給對象420以及電源轉換單元430。電源供給來源410可例如用於提供電源給電池單元Cell充電，且電源供給對象420例如用於接收來自電池單元Cell放電產生的電源。電源轉換單元430可例如包括直流至交流轉換器、交流至直流轉換器或直流轉直流轉換器，以例如用於轉換來自電源供給來源410及/或電池單元Cell的電源，但本揭露不以此為限。
實驗例
以下將藉由實驗例對本揭露作說明，但該等實驗例僅為例示說明之用，而非用以限制本揭露之範圍。
在實驗例中使用的氧化還原液流電池10為一種全釩氧化還原液流電池，其中的負極電解液130以及正極電解液230各自包括含有釩離子的硫酸水溶液。另外，本實驗例的氧化還原液流電池10例如通過autolab電化學分析儀進行電性分析，其中可例如測試出氧化還原液流電池10每一次循環的放電電流（單位例如為安培或毫安培）以及電壓，將放電電流乘以每一次循環的時間（單位例如為小時）可得到氧化還原液流電池10每一次循環的放電容量（單位例如為安培小時或毫安培小時），通過氧化還原液流電池10的放電容量以及充電容量（通過電源裝置400得知）可計算出氧化還原液流電池10的庫倫效率，且通過氧化還原液流電池10的每一次循環的放電電流、電壓、時間以及充電能量（通過電源裝置400得知）可計算出氧化還原液流電池10的能量效率，但本揭露不以此為限。
[實施例1]
在本實施例中，負極電解液130的初始體積大於正極電解液230的初始體積，其中負極電解液130的初始體積為44 ml，且正極電解液230的初始體積為40 ml。
在本實施例中，負極電解液130的初始釩離子濃度等於正極電解液230的初始釩離子濃度，其中負極電解液130中的初始釩離子濃度與正極電解液230中的初始釩離子濃度均為1.55 mol/L。即，在負極電解液130中的釩離子的數量為68.2 mmol，且在正極電解液230中的釩離子的數量為62 mmol。
在本實施例中，負極電解液130的初始硫酸根離子濃度等於正極電解液230的初始硫酸根離子濃度，其中負極電解液130中的初始硫酸根離子濃度與正極電解液230中的初始硫酸根離子濃度均為4.45 mol/L。
在實施例1中，氧化還原液流電池10在進行充電/放電的5次循環後，經由autolab電化學分析儀得到的數據計算出氧化還原液流電池10的平均能量效率為81.11%。
[實施例2]
在本實施例中，負極電解液130的初始體積大於正極電解液230的初始體積，其中負極電解液130的初始體積為44 ml，且正極電解液230的初始體積為40 ml。
在本實施例中，負極電解液130的初始釩離子濃度小於正極電解液230的初始釩離子濃度，其中負極電解液130中的初始釩離子濃度為1.41 mol/L，且正極電解液230中的初始釩離子濃度均為1.55 mol/L。即，在負極電解液130中的釩離子的數量為62 mmol，且在正極電解液230中的釩離子的數量亦為62 mmol。
在本實施例中，負極電解液130的初始硫酸根離子濃度小於正極電解液230的初始硫酸根離子濃度，其中負極電解液130中的初始硫酸根離子濃度為4 mol/L，且在正極電解液230中的初始硫酸根離子濃度為4.45 mol/L。
在實施例2中，氧化還原液流電池10在進行充電/放電的5次循環後，經由autolab電化學分析儀得到的數據計算出氧化還原液流電池10的平均能量效率為82.87%。
另外，氧化還原液流電池10在進行充電/放電的250次循環後，經由autolab電化學分析儀得到的數據計算出氧化還原液流電池10的總放電容量為195.3安培小時，氧化還原液流電池10的平均能量效率為81.0%。
[實施例3]
在本實施例中，負極電解液130的初始體積大於正極電解液230的初始體積，其中負極電解液130的初始體積為43 ml，且正極電解液230的初始體積為37 ml。
在本實施例中，負極電解液130的初始釩離子濃度等於正極電解液230的初始釩離子濃度，其中負極電解液130中的初始釩離子濃度與正極電解液230中的初始釩離子濃度均為1.55 mol/L。即，在負極電解液130中的釩離子的數量為66.65 mmol，且在正極電解液230中的釩離子的數量為57.35 mmol。
在本實施例中，負極電解液130的初始硫酸根離子濃度小於正極電解液230的初始硫酸根離子濃度，其中負極電解液130中的初始硫酸根離子濃度為4 mol/L，且在正極電解液230中的初始硫酸根離子濃度為4.45 mol/L。
在實施例3中，氧化還原液流電池10在進行充電/放電的5次循環後，經由autolab電化學分析儀得到的數據計算出氧化還原液流電池10的平均能量效率為82.55%。
另外，氧化還原液流電池10在進行充電/放電的250次循環後，經由autolab電化學分析儀得到的數據計算出氧化還原液流電池10的總放電容量為178.1安培小時，氧化還原液流電池10的平均能量效率為78.9%。
[實施例4]
在本實施例中，負極電解液130的初始體積大於正極電解液230的初始體積，其中負極電解液130的初始體積為44 ml，且正極電解液230的初始體積為40 ml。
在本實施例中，負極電解液130的初始釩離子濃度大於正極電解液230的初始釩離子濃度，負極電解液130中的初始釩離子濃度為1.767 mol/L，且正極電解液230中的初始釩離子濃度均為1.55 mol/L。即，在負極電解液130中的釩離子的數量為77.748 mmol，且在正極電解液230中的釩離子的數量亦為62 mmol。
在本實施例中，負極電解液130的初始硫酸根離子濃度等於正極電解液230的初始硫酸根離子濃度，負極電解液130中的初始硫酸根離子濃度與正極電解液230中的初始硫酸根離子濃度均為4.45 mol/L。
在實施例4中，氧化還原液流電池10在進行充電/放電的5次循環後，經由autolab電化學分析儀得到的數據計算出氧化還原液流電池10的平均能量效率為81.76%。
[對比例1]
在對比例1中，負極電解液的初始體積等於正極電解液的初始體積，其中負極電解液的初始體積為40 ml，且正極電解液的初始體積為40 ml。
在對比例1中，負極電解液的初始釩離子濃度等於正極電解液的初始釩離子濃度，其中負極電解液中的初始釩離子濃度與正極電解液中的初始釩離子濃度均為1.55 mol/L。即，在負極電解液中的釩離子的數量為62 mmol，且在正極電解液中的釩離子的數量亦為62 mmol。
在對比例1中，負極電解液的初始硫酸根離子濃度等於正極電解液的初始硫酸根離子濃度，其中負極電解液中的初始硫酸根離子濃度與正極電解液中的初始硫酸根離子濃度均為4.45 mol/L。
在對比例1中，氧化還原液流電池在進行充電/放電的5次循環後，經由autolab電化學分析儀得到的數據計算出氧化還原液流電池的平均能量效率為80.42%。
另外，氧化還原液流電池在進行充電/放電的250次循環後，經由autolab電化學分析儀得到的數據計算出氧化還原液流電池的總放電容量為153.7安培小時，且氧化還原液流電池的平均能量效率為75.5%。
實施例1-實施例4以及對比例1的初始資訊彙整於以下的表1中，實施例1-實施例4以及對比例1的實驗數據彙整於以下的表2中。
[表1]
| 負極電解液與正極電解液的初始體積比 | 負極電解液與正極電解液中的初始硫酸根離子濃度比 | 負極電解液與正極電解液中的初始釩離子濃度比 | |
| 實施例1 | 1.1:1 | 1:1 | 1:1 |
| 實施例2 | 1.1:1 | 0.9:1 | 0.91:1 |
| 實施例3 | 1.16:1 | 0.9:1 | 1:1 |
| 實施例4 | 1.1:1 | 1:1 | 1.14:1 |
| 對比例1 | 1:1 | 1:1 | 1:1 |
[表2]
| 平均能量效率(%) (5圈) | 平均能量效率(%) (250圈) | 能量效率提升率(%) (250圈) (相對於對比例1) | 總放電容量(安培小時) (250圈) | 總放電容量提升率(%) (250圈) (相對於對比例1) | |
| 實施例1 | 81.11 | - | - | - | - |
| 實施例2 | 82.87 | 81.0 | 7.3 | 195.3 | 27.1 |
| 實施例3 | 82.55 | 78.9 | 4.5 | 178.1 | 15.9 |
| 實施例4 | 81.76 | - | - | - | - |
| 對比例1 | 80.42 | 75.5 | - | 153.7 | - |
從表2可看出，在氧化還原液流電池進行充電/放電的5次循環後，相對於對比例1的氧化還原液流電池，實施例1至實施例4的氧化還原液流電池具有更好的平均能量效率。另外，在氧化還原液流電池進行充電/放電的250次循環後，相對於對比例1的氧化還原液流電池，實施例2與實施例3的氧化還原液流電池具有更好的總放電容量以及平均能量效率。
上述的實驗結果是因實施例1至實施例4的氧化還原液流電池中的負極電解液的初始體積大於正極電解液的初始體積。因此，儘管質子在氧化還原液流電池的充電過程中可能還原成氫氣而使負極中的負極電解液的體積降低；或者負極活性物質與正極活性物質可能滲透離子交換膜而因其速率差異使得負極中的負極電解液的體積降低，通過使氧化還原液流電池中的負極電解液的體積與正極電解液的體積於一開始處於不平衡的狀態，在經過後續的多次充電/放電循環後，負極電解液的體積與正極電解液的體積將因上述因素趨向平衡，使得氧化還原液流電池在每一循環的放電容量及/或能量效率逐漸提升，而使得氧化還原液流電池的總放電容量及/或平均能量效率可因此提高。
另外，從表2可看出，在氧化還原液流電池進行充電/放電的5次循環後，相對於實施例1的氧化還原液流電池，實施例4的氧化還原液流電池具有相對好的平均能量效率。
上述的實驗結果是因實施例4的氧化還原液流電池中的負極電解液的初始釩離子濃度大於正極電解液的初始釩離子濃度（相對於實施例1的氧化還原液流電池）。類似地，通過使氧化還原液流電池中的負極電解液的初始釩離子濃度與正極電解液的初始釩離子濃度於一開始處於不平衡的狀態，在經過後續的多次充電/放電循環後，負極電解液的釩離子濃度與正極電解液的釩離子濃度將因上述因素趨向平衡，使得氧化還原液流電池在每一循環的放電容量及/或能量效率逐漸提升，而使得氧化還原液流電池的總放電容量及/或平均能量效率可因此提高。
綜上所述，本揭露一實施例提供的氧化還原液流電池中的負極電解液的初始體積大於正極電解液的初始體積，其可減緩液流電池充放電一段時間後因水拖曳現象所產生的正負極電解液的液位差，亦即降低負極中的電解液體積降低所造成的影響，且亦可減少因負極活性物質（V
2+以及V
3+）滲透離子交換膜的速率相對於正極活性物質（V
5+以及V
4+）滲透離子交換膜的速率較大而使負極中的電解液體積降低的影響，使得負極電解液的體積與正極電解液的體積在充電/放電循環過程中趨向平衡，而使得本揭露一實施例提供的氧化還原液流電池的總放電容量及/或平均能量效率可因此提高。
另外，本揭露另一實施例提供的氧化還原液流電池中的負極電解液的初始釩離子濃度大於正極電解液的初始釩離子濃度，其亦可減少因負極活性物質（V
2+以及V
3+）滲透離子交換膜的速率相對於正極活性物質（V
5+以及V
4+）滲透離子交換膜的速率較大的影響，使得負極電解液的釩離子濃度與正極電解液的釩離子濃度在充電/放電循環過程中趨向平衡，而使得本揭露另一實施例提供的氧化還原液流電池的總放電容量及/或平均能量效率可因此提高。
10:氧化還原液流電池
100:負極
110:負極電極
120:負極雙極板
130:負極電解液
200:正極
210:正極電極
220:正極雙極板
230:正極電解液
300:離子交換膜
400:電源裝置
410:電源供給來源
420:電源供給對象
430:電源轉換單元
Cell:電池單元
N1:負極電解液流入管
N2:負極電解液流出管
NL:負極電源線
NP:負極泵
NT:負極電解液槽
P1:正極電解液流入管
P2:正極電解液流出管
PL:正極電源線
PP:正極泵
PT:正極電解液槽
圖1為本揭露的一實施例的氧化還原液流電池的剖面示意圖。
10:氧化還原液流電池
100:負極
110:負極電極
120:負極雙極板
130:負極電解液
200:正極
210:正極電極
220:正極雙極板
230:正極電解液
300:離子交換膜
400:電源裝置
410:電源供給來源
420:電源供給對象
430:電源轉換單元
Cell:電池單元
N1:負極電解液流入管
N2:負極電解液流出管
NL:負極電源線
NP:負極泵
NT:負極電解液槽
P1:正極電解液流入管
P2:正極電解液流出管
PL:正極電源線
PP:正極泵
PT:正極電解液槽
Claims (8)
- 一種氧化還原液流電池的電解液，包括：負極電解液，包括負極活性物質以及負極溶劑；以及正極電解液，包括正極活性物質以及正極溶劑，其中所述負極電解液的初始體積大於所述正極電解液的初始體積，其中所述負極電解液的所述初始體積與所述正極電解液的所述初始體積之間的比值為大於1且小於或等於1.2。
- 如請求項1所述的氧化還原液流電池的電解液，其中所述負極活性物質以及所述正極活性物質包括釩離子，且所述負極溶劑以及所述正極溶劑包括硫酸水溶液。
- 如請求項2所述的氧化還原液流電池的電解液，其中所述負極電解液的初始釩離子濃度與所述正極電解液的初始釩離子濃度之間的比值為大於或等於0.9且小於或等於1.8。
- 如請求項2所述的氧化還原液流電池的電解液，其中所述負極電解液的初始硫酸根離子濃度與所述正極電解液的初始硫酸根離子濃度之間的比值為大於或等於0.7且小於或等於1。
- 一種氧化還原液流電池，包括：負極，包括負極電極、負極雙極板以及負極電解液；正極，包括正極電極、正極雙極板以及正極電解液；以及離子交換膜，設置於所述負極與所述正極之間， 其中所述負極電解液的初始體積大於所述正極電解液的初始體積，其中所述負極電解液的所述初始體積與所述正極電解液的所述初始體積之間的比值為大於1且小於或等於1.2。
- 如請求項5所述的氧化還原液流電池，其中所述負極活性物質以及所述正極活性物質包括釩離子，且所述負極溶劑以及所述正極溶劑包括硫酸水溶液。
- 如請求項6所述的氧化還原液流電池，其中所述負極電解液的初始釩離子濃度與所述正極電解液的初始釩離子濃度之間的比值為大於或等於0.9且小於或等於1.8。
- 如請求項6所述的氧化還原液流電池，其中所述負極電解液的初始硫酸根離子濃度與所述正極電解液的初始硫酸根離子濃度之間的比值為大於或等於0.7且小於或等於1。
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202263407170P | 2022-09-16 | 2022-09-16 | |
| US63/407,170 | 2022-09-16 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202414875A TW202414875A (zh) | 2024-04-01 |
| TWI849639B true TWI849639B (zh) | 2024-07-21 |
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ID=90205780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111149648A TWI849639B (zh) | 2022-09-16 | 2022-12-23 | 氧化還原液流電池以及其電解液 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104321918A (zh) * | 2013-04-25 | 2015-01-28 | 住友电气工业株式会社 | 氧化还原液流电池电解液和氧化还原液流电池 |
| CN111937203A (zh) * | 2017-12-19 | 2020-11-13 | 寰宇能源公司 | 液流电池系统 |
-
2022
- 2022-12-23 CN CN202211667425.9A patent/CN117727987A/zh active Pending
- 2022-12-23 TW TW111149648A patent/TWI849639B/zh active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104321918A (zh) * | 2013-04-25 | 2015-01-28 | 住友电气工业株式会社 | 氧化还原液流电池电解液和氧化还原液流电池 |
| CN111937203A (zh) * | 2017-12-19 | 2020-11-13 | 寰宇能源公司 | 液流电池系统 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202414875A (zh) | 2024-04-01 |
| CN117727987A (zh) | 2024-03-19 |
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