專利名稱：：確定氧化還原液流電池中的荷電狀態(tài)的設(shè)備和方法確定氧化還原液流電池中的荷電狀態(tài)的設(shè)備和方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，且具體而言涉及以光學(xué)方式測量至少一種電解質(zhì)的荷電狀態(tài)(stateofcharge)的設(shè)備和方法。本發(fā)明總體上涉及以化學(xué)形式存儲電能并且隨后通過自發(fā)的可逆氧化還原反應(yīng)將所存儲的能量以電的形式進行分配的氧化-還原或者氧化還原液流電池(redoxflowbattery)。現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)描述了引入外部液體電解質(zhì)的氧化還原液流電池的各方面(參見例如Thaller的美國專利3,996,064，將其引入本文作為參考)。氧化還原液流電池是這樣的電化學(xué)存儲裝置，其中含有一種或者多種溶解的電活性物質(zhì)的電解質(zhì)流過將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能以及將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的反應(yīng)器。額外的電解質(zhì)存儲在外部(例如罐中)并且流過其中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的一組電池單元(cell)(例如通過泵、重力或者其它運動)。通常，液流電池中的反應(yīng)是可逆的，即，可將所述液流電池再充電而不替換電活性材料。氧化還原液流電池的能量容量與電解質(zhì)體積(罐的尺寸)有關(guān)。氧化還原液流電池在全功率下的放電時間為幾分鐘至數(shù)天不等。液流電池相對于標準燃料電池和蓄電池的優(yōu)勢可包括以下的一些或者全部靈活的裝置布局(歸因于功率部件和能量部件的分離)、長的循環(huán)壽命(因為不存在固-固相轉(zhuǎn)變)、不產(chǎn)生有害的排放物、易維護和耐過充電/過放電。缺點可包括它們的設(shè)備復(fù)雜(需要泵、傳感器、控制單元、二級容納容器等)以及能量密度低。液流電池不同于二次電池，因為液流電池將大部分電解質(zhì)保持在電池單元的體積之外，根據(jù)需要將其泵送到所述電池單元中。因此，功率容量和能量容量無關(guān)。二次電池將所有的電解質(zhì)保持在電池單元的體積內(nèi)，并且因此功率容量和能量容量是聯(lián)系在一起的。然而，液流電池和二次電池均能再充電。液流電池與燃料電池不同，因為雖然兩者均基于電化學(xué)氧化還原原理工作，但是在燃料電池中燃料通常被消耗并且體系通常不能再充電。常規(guī)的燃料電池燃料包括氛氣、甲醇、汽油等。燃料電池必須連續(xù)地補充燃料以產(chǎn)生動力。液流電池中的電解質(zhì)是能再充電的，并且因此外部燃料供應(yīng)是不必要的?？勺⒁獾?，無論是在液流電池、燃料電池還是二次電池的情況下，執(zhí)行電化學(xué)能量轉(zhuǎn)化的最小單元通常都稱為"電池單元(cdl)"。以串聯(lián)或者并聯(lián)方式集成許多這樣的電池單元以獲得更高的電流或者更高的電壓或者這兩者的裝置通常稱為"電池(battery)"。然而，通常也將單獨使用的單個電池單元稱為電池而不是電池單元，從而導(dǎo)致一些可能的混淆。氧化還原液流電池通過在充電或者放電期間改變其組分的氧化態(tài)而進其中一個半電池用于陽極反應(yīng)，另一個半電池用于陰極反應(yīng)。各個半電池包括具有其上發(fā)生氧化還原反應(yīng)的限定表面區(qū)域的電極。隨著氧化還原反應(yīng)的發(fā)生，電解質(zhì)流過所述半電池。這兩個半電池被主要容許陽離子或者陰離子穿過的離子交換膜隔開?？蓪⒍鄠€這樣的電池單元串聯(lián)堆疊以獲得更高的電壓或者并聯(lián)堆疊以獲得更高的電流。反應(yīng)物存儲在單獨的罐中并且在需要時以受控方式分配到各電池單元中。氧化還原對的非限制性的說明性實例包括Fe3++e-—Fe2+(E0=+0.771V)Cr3++e-—Cr2+(E0=-0.407V)其中Eo為反應(yīng)的標準電極電勢。如果在體系放電期間，與標準氫電極(SHE)相比，電解質(zhì)具有凈的更高的正的電極電勢(Eo)，則所述電解質(zhì)稱為陰極電解液?；パa的電解質(zhì)則稱為陽極電解液。在氧化還原電池技術(shù)的簡單實施中，F(xiàn)eCl2的酸性溶液在陰極側(cè)并且CrCl3的酸性溶液在陽極側(cè)。在相對于陽極將合適的正電壓施加在陰極上時，發(fā)生以下反應(yīng)陰極反應(yīng)Fe2+—Fe3++e-陽極反應(yīng)Cr3++e-—Cr2+施加外部電源影響電子轉(zhuǎn)移，此時cr離子通過離子交換膜從陽極半電池穿過所述膜到陰極半電池以保持電荷平衡。在理想情況下，完全充電的液流電池由陰極側(cè)的100%的FeCl3溶液和陽極側(cè)的100%的CrCl2溶液構(gòu)成。當(dāng)外部電源替換為負載時，電池開始放電，并且發(fā)生反向的氧化還原反應(yīng)陰極反應(yīng)Fe3++e-—Fe2+陽極反應(yīng)Cr2+—Cr3++e-因此，在最理想的情況下，完全放電的液流電池由陰極側(cè)的100%的FeCl2溶液和陽極側(cè)的100%的CrCl3溶液構(gòu)成。上述Fe/Cr體系的變型為具有預(yù)混合的Fe和Cr溶液的氧化還原電池(參見Gahn等NASATM-87034)。由于沒有膜是完美地選擇性透過的，因此經(jīng)過許多次充電和放電循環(huán)之后，陽極電解液和陰極電解液最終成為交叉混合的，從而使凈的體系容量降低。Gahn等針對此問題提出了補救方法，即使用如下的氧化還原電池在完全放電狀態(tài)下其兩側(cè)均含有1:1比例的FeCb和CrCb溶液。在完全充電狀態(tài)下，陽極電解液包括1:1比例的CrCl2和FeCl2并且陰極電解液包括1:1比例的FeCl3和CrCl3。這樣，物質(zhì)的任何交叉擴散僅表現(xiàn)為庫侖效率低，并且隨著時間推移而保持1:1的電荷平衡。雖然以上實例描述了Fe/Cr體系，但是其通常也適用于其它氧化還原對，例如全釩體系(參見Skyllas-Kazacos的美國專利4,786,567，將其引入本文作為參考)。這樣的氧化還原電池的主要問題之一是在電池的陽極和陰極側(cè)之間維持電荷平衡。如果除了基本的氧化還原反應(yīng)之外沒有寄生反應(yīng)(parasiticreaction),則兩側(cè)總是處于電荷平衡狀態(tài)。然而，實際上卻發(fā)生了寄生反應(yīng)，并且在許多次充電和放電循環(huán)之后，在兩種電解質(zhì)溶液的荷電狀態(tài)方面可逐步顯現(xiàn)出顯著差異。使用Fe/Cr體系作為非限制性實例，在理想條件下(即不發(fā)生寄生反應(yīng))，對于陰極罐中的每個Fe"離子，在陽極罐中都對應(yīng)有一個C一+離子，并且對于陰極罐中的每個Fe"離子，在陽極罐中都對應(yīng)有一個&3+離子。然而，實際上，在充電過程期間，雖然Fe"的氧化以幾乎1000/。的電流效率進行，但是Cr"的還原產(chǎn)生氫氣，從而成為在石墨電極上的副反應(yīng)(例如參見美國專禾'JNo.3,996,064、美國專利No.4,382,116和EPO0312875)，由此導(dǎo)致4失電解質(zhì)的較高荷電狀態(tài)，即導(dǎo)致過量的Fe"離子。寄生反應(yīng)的其它實例包括氧(在體系的內(nèi)部或者外部)將Fe"氧化為Fe3+、或者將&2+氧化為Cr3+;Cr2+還原水而變?yōu)镃r3,或者在充電期間，當(dāng)在陰極上發(fā)生Fe"氧化時，陽極上產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)與c一+的還原反應(yīng)相互竟爭。當(dāng)發(fā)生這種電荷不平衡時，需要再平衡_才幾構(gòu)(rebalancingmechanismyf吏電解質(zhì)回到其電荷平衡狀態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知各種再平衡方法。再次使用Fe/Cr體系作為非限制性實例，可通過使用氫氣將Fe"還原為Fe"而實現(xiàn)電荷再平衡(參見Thaller的美國專利4,159,366,將其引入本文作為參考)。在應(yīng)當(dāng)采取這樣的再平衡措施之前，知道電池各側(cè)的荷電狀態(tài)是重要的。否則，不必要的再平衡操作可能導(dǎo)致更差的平衡狀態(tài)和/或能量的浪費。通常，荷電狀態(tài)使用單獨的開路電壓(OCV)電池確定，如Hagedom和Thaller所述(NASA/TM-81464)。OCV電池與氧化還原電池相同，除了在電極之間有非常高的負載阻抗之外。測量該電阻兩端的電壓，由于電流幾乎為0,因此該電壓非常接近于OCV，而所述OCV又通過能斯特方程與反應(yīng)物濃度直接關(guān)聯(lián)OCK=￡。-0.0592丄"[C,〗[Fg:+]其中Eo為標準電勢。因此，OCV的測量結(jié)果是體系中各反應(yīng)物的比的間接度量。然而，測量OCV以確定氧化還原體系的電荷平衡具有其局限性。例如，難以將由于寄生反應(yīng)而失去平衡的體系與部分放電的體系區(qū)分開。為了克服這種局限性，必須在適當(dāng)?shù)奈恢糜芯_的庫侖計，所述庫侖計又可經(jīng)受許多次操作循環(huán)之后的累積誤差以及由電池內(nèi)的導(dǎo)電液體路徑產(chǎn)生的內(nèi)部分路電流的存在。或者，可通過使用與電化學(xué)領(lǐng)域中常用的標準電極例如Pt/H2或者Ag/AgCl組成電池來獨立地測量陽極罐和陰極罐的荷電狀態(tài)。然而，這種原位方法具有短的壽命，這是因為標準電極被污染和消耗，因而需要頻繁更換標準電極。此外，反應(yīng)物向相對的半電池中的交叉擴散使得這些測量是不可靠的。此外，在預(yù)混合溶液氧化還原電池中，如前所述，通過僅調(diào)節(jié)OCV來測量荷電狀態(tài)和平衡狀態(tài)變得甚至更加困難，因為在能斯特方程中涉及許多反應(yīng)物和未知濃度。即使當(dāng)反應(yīng)物未混合時，交叉擴散也使得由OCV所進行的荷電狀態(tài)和平衡狀態(tài)的計算不正確。因此，在氧化還原液流電池體系中高度希望具有用于確定各電解質(zhì)的法。
發(fā)明內(nèi)容本文中描述了包括至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液的氧化還原液流電池。本文中還描述了用于確定所述氧化還原液流電池的至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液的荷電狀態(tài)的設(shè)備和方法。本文中進一步描述了用于確定所述氧化還原液流電池的至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液之間的電荷平衡狀態(tài)的設(shè)備和方法。本文中進一步描述了用于確定氧化還原體系是否失去電解質(zhì)電荷平衡的設(shè)備和方法、以及在發(fā)現(xiàn)所述氧化還原體系失去電荷平衡時用于恢復(fù)所述氧化還原體系的電解質(zhì)電荷平ff的方法。在一些實施方式中，所述氧化還原液流電池包括至少一種在還原和氧化形式時具有不同吸收光譜的陽極電解液、至少一種在還原和氧化形式時具有不同吸收光譜的陰極電解液、和用于獨立地測量所述陽極電解液和所述陰極電解液的吸收光語的分光光度計。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陰極電解液包括酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性陰極電解液溶液包括氫氯酸、氫溴酸或者其混合物。在進一步的或者另外的實施方式中，所述酸性陰極電解液溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。在進一步或者另外的實施方式中，所述陰極電解液的吸收波長大于約750nm。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液包括酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性陽極電解液溶液包括氫氯酸、氫溴酸或者其混合物。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性陽極電解液溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽^L電解液的吸收波長為約400nm-700nm或者約730nm~1100nm。在一些實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度不同。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度基本上相同。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度相同。在其它實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為至少O.IM。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為至少0.2M。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為至少0.5M。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為約O.lM-約15M。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為約0.2M-約IOM。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為約0.5M~約8M。在一些實施方式中，所述陽極電解液包括包含Cr2+、Cy+和Fe"的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含02+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe2+的酸性溶液。在一些實施方式中，所述陰極電解液包括包含F(xiàn)e2+、Fe"和Cr"的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含C,和F且在完全放電狀態(tài)下包含03+和Fe"+的酸性溶液。在一些實施方式中，所述陽極電解液包括包含Cr"、Cr"和Fe"的酸性溶液，所述陰極電解液包括包含F(xiàn)e^、Fe"和Cr^的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含Cr2+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液，所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含C一+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe2+的酸性溶液。在一些實施方式中，所述分光光度計包括至少一個光發(fā)射器和至少一個光接收器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器為發(fā)光二極管(LED)。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器發(fā)射FWHM(半高寬，F(xiàn)ullWidthatHalfMaximum)的光譜帶寬小于約50nm的光作為測光光束。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器，其中一個光發(fā)射器用于陽極電解液的光度測定，另一個光發(fā)射器用于陰極電解液的光度測定。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約700nm-約1000nm的光，所述陰極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約800nm~約1000nm的光。在一些實施方式中，所述分光光度計的光接收器進一步包括至少一個濾光器。在進一步或者另外的實施方式中，所述濾光器對入射的測光光束進行過濾以產(chǎn)生FWHM(半高寬)的光語帶寬小于約50nm的入射測光光束。在一些實施方式中，所述氧化還原液流電池進一步包括至少一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一個透明的管攔截(intercept)所述測光光束中的至少一束。在進一步或者另外的實施方式中，至少一種電解質(zhì)流過所述透明的管中的至少一個。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一個透明的管是彎曲的。在進一步或者另外的實施方式中，所述透明的管中的至少一個的彎曲賦予所述測光光束中的至少一束以透鏡效應(yīng)(lensingeffect)。在進一步或者另外的實施方式中，所述透鏡效應(yīng)使落在檢測器上的光的測光密度增加，從而導(dǎo)致測光測量的信噪比增大。本文還描述了這樣的氧化還原液流電池，其包括至少一種在還原和氧化形式時具有不同吸收光i普的陽極電解液，至少一種在還原和氧化形式時具有不同吸收光譜的陰極電解液、用于獨立地測量所述陽極電解液和所述陰極電解液的吸收光鐠的分光光度計、和當(dāng)檢測到所述陽極電解液和陰這兩者還原或者氧化的再平衡機構(gòu)。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陰極電解液包括酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性陰極電解液溶液包括氫氯酸、氫溴酸或者其混合物。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性陰極電解液溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。在進一步或者另外的實施方式中，所述陰極電解液的吸收波長大于約750nm。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液包括酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性陽極電解液溶液包括氫氯酸、氫溴酸或者其混合物。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性陽極電解液溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液的吸收波長為約400nm-700nm或者約730nm~1100nm。在一些實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度不同。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度基本上相同。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度相同。在其它實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為至少0.1M。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為至少0.2M。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為至少0.5M。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為約0.1M-約15M。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為約0.2M約IOM。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一種陽極電解液和至少一種陰極電解液溶液的濃度為約0.5M約8M。在一些實施方式中，所述陽極電解液包括包含Cr24、C一+和Fe"的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含C嚴和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含C,和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，所述陰極電解液包括包含F(xiàn)e"、Fe"和Ci^+的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含C,和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含&3+和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，所述陽極電解液包括包含Cr"、C,和Fe"的酸性溶液，所述陰極電解液包括包含F(xiàn)e"、Fe"和(y+的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含&2+和Fe^且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液，所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含C,和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，所述分光光度計包括至少一個光發(fā)射器和至少一個光接收器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器為發(fā)光二極管(LED)。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器發(fā)射FWHM(半高寬)的光譜帶寬小于約50nm的光作為測光光束。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器，其中一個光發(fā)射器用于陽極電解液的光度測定，另一個光發(fā)射器用于陰極電解液的光度測定。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約700nm~約1000nm的光，所述陰極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約800nm-約1000nm的光。在一些實施方式中，所述分光光度計的光接收器進一步包括至少一個濾光器。在進一步或者另外的實施方式中，所述濾光器對入射的測光光束進行過濾以產(chǎn)生FWHM(半高寬)的光i普帶寬小于約50nm的入射測光光束。在一些實施方式中，所述氧化還原液流電池進一步包括至少一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一個透明的管攔截所述測光光束中的至少一束。在進一步或者另外的實施方式中，至少一種電解質(zhì)流過所述透明的管中的至少一個。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一個透明的管是彎曲的。在進一步或者另外的實施方式中，所述透明的管中的至少一個的彎曲賦予所述測光光束中的至少一個以透鏡效應(yīng)。在進一步或者另外的實施方式中，所述透鏡效應(yīng)使落在檢測器上的光的測光密度增加，從而導(dǎo)致測光測量的信噪比增大。本文中還描述了電解質(zhì)再平衡、電能存儲系統(tǒng)，其包括包含呈現(xiàn)第一吸收光譜的第一電解質(zhì)和呈現(xiàn)第二吸收光譜的第二電解質(zhì)的氧化還原液流電池；用于分別測量所述第一和第二電解質(zhì)的所述第一和第二吸收光譜的分光光度計；用于使所述第一和第二吸收光譜分別與所述第一和第二電解質(zhì)的荷電狀態(tài)相互關(guān)聯(lián)的裝置；和當(dāng)在所述第一和第二電解質(zhì)之間檢測衡機構(gòu)。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)包括酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液包括氫氯酸、氫溴酸或者其混合物。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)的吸收波長大于約750nm。在進一步或者另外的實施方式中，所述第二電解質(zhì)包括酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液包括氬氯酸、氫溴酸或者其混合物。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。在進一步或者另外的實施方式中，所述第二電解質(zhì)的吸收波長為約400nm-700nm或者約730nm~約1100nm。在一些實施方式中，所述第一和第二電解質(zhì)溶液的濃度不同。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一和第二電解質(zhì)溶液的濃度基本上相同。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一和第二電解質(zhì)溶液的濃度相同。在其它實施方式中，所述第一和第二電解質(zhì)溶液的濃度為至少0.1M。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少第一和第二電解質(zhì)溶液的濃度為至少0.2M。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一和第二電解質(zhì)溶液的濃度為至少0.5M。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一和第二電解質(zhì)溶液的濃度為約0.1M約15M。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一和第二電解質(zhì)溶液的濃度為約0.2M~約IOM。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一和第二電解質(zhì)溶液的濃度為約0.5M-約8M。在一些實施方式中，所述第一電解質(zhì)為陽極電解液。在其它實施方式中，所述第一電解質(zhì)為陰極電解液。在一些實施方式中，所述第二電解質(zhì)為陽極電解液。在其它實施方式中，所述第二電解質(zhì)為陰極電解液。在一些實施方式中，所述陽極電解液包括包含&2+、C一+和Fe"的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含&2+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，所述陰極電解液包括包含F(xiàn)e^、Fe"和C一+的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含03+和Fe^的酸性溶液。在一些實施方式中，所述陽極電解液包括包含C,、Cr^和Fe"的酸性溶液，所述陰極電解液包括包含F(xiàn)e"、FeS+和C,的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含03+和Fe"的酸性溶液，所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含&3+和F,且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，所述分光光度計包括至少一個光發(fā)射器和至少一個光接收器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器為發(fā)光二極管(LED)。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器發(fā)射FWHM(半高寬)的光譜帶寬小于約50nm的光作為測光光束。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器，其中一個光發(fā)射器用于陽極電解液的光度測定，另一個光發(fā)射器用于陰極電解液的光度測定。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約700nm~約1000nm的光，所述陰極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約800nm~約1000nm的光。在一些實施方式中，所述分光光度計的光接收器進一步包括至少一個濾光器。在進一步或者另外的實施方式中，所述濾光器對入射的測光光束進行過濾以產(chǎn)生光鐠帶寬小于約50nmFWHM(半高寬)的入射測光光束。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)再平衡、電能存儲系統(tǒng)進一步包括至少一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)再平衡、電能存儲系統(tǒng)進一步包括兩個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一個透明的管攔截所述測光光束中的至少一束。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)流過一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述第二電解質(zhì)流過一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述氧化還原體系進一步包括兩個透明的管，其中所述第一電解質(zhì)流過一個透明的管且所述第二電解質(zhì)流過另一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一個透明的管是彎曲的。在進一步或者另外的實施方式中，所述透明的管中的至少一個的彎曲賦予所述測光光束中的至少一束以透鏡效應(yīng)。在進一步或者另外的實施方式中，所述透鏡效應(yīng)使落在檢測器上的光的測光密度增加，從而導(dǎo)致測光測量的信噪比增大。在一些實施方式中，所述用于使所述第一和第二吸收光譜與所述第一和第二電解質(zhì)的荷電狀態(tài)互相關(guān)聯(lián)的裝置利用模擬電路、專用集成電路(ASIC)、復(fù)合信號電路、算法(algorithm)、查閱表、相關(guān)表、相關(guān)圖、或者它們的任意組合。本文還描述了電解質(zhì)荷電狀態(tài)測量系統(tǒng)，其包括至少一種在還原和氧化形式時具有不同吸收光鐠的電解質(zhì)；用于測量所述至少一種電解質(zhì)的吸收光譜的分光光度計；用于使所述至少一種電解質(zhì)的吸收光語與所述電解質(zhì)的荷電狀態(tài)相互關(guān)聯(lián)的裝置；和用于向所述系統(tǒng)提供所述荷電狀態(tài)的輸出裝置。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)包括酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液包括氫氯酸、氫溴酸、或者其混合物。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)的吸收波長為約400nm~700nm、約730nm~1100nm或者大于約750nm。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為至少O.IM。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為至少0.2M。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為至少0.5M。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為約O.lM-約15M。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為約0.2M-約IOM。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為約0.5M約8M。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)包括包含C一+、Cr"和Fe"的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)包括在完全充電狀態(tài)下包含C,和Fe^且在完全放電狀態(tài)下包含C一+和Fe^的酸性溶液。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)包括包含F(xiàn)e"、Fe"和Cr"的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)包括在完全充電狀態(tài)下包含C一+和Fe^且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，所述分光光度計包括至少一個光發(fā)射器和至少一個光接收器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器為發(fā)光二極管(LED)。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器發(fā)射FWHM(半高寬)的光語帶寬小于約50nm的光作為測光光束。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器，其中一個光發(fā)射器用于陽極電解液的光度測定，另一個光發(fā)射器用于陰極電解液的光度測定。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約700nm~約lOOOnm的光，所述陰極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約800nm-約1000nm的光。在一些實施方式中，所述分光光度計的光接收器進一步包括至少一個濾光器。在進一步或者另外的實施方式中，所述濾光器對入射的測光光束進行過濾以產(chǎn)生FWHM(半高寬)的光譜帶寬小于約50nm的入射測光光束。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)荷電狀態(tài)測量系統(tǒng)進一步包括至少一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一個透明的管攔截所述測光光束中的至少一束。在進一步或者另外的實施方式中，至少一種電解質(zhì)流過所述透明的管中的至少一個。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一個透明的管是彎曲的。在進一步或者另外的實施方式中，所述透明的管中的至少一個的彎曲賦予所述測光光束中的至少一束以透鏡效應(yīng)。在進一步或者另外的實施方式中，所述透鏡效應(yīng)使落在檢測器上的光的測光密度增加，從而導(dǎo)致測光測量的信噪比增大。在一些實施方式中，所述用于使所述至少一種電解質(zhì)的吸收光譜與其荷電狀態(tài)相互關(guān)聯(lián)的裝置利用模擬電路、專用集成電路(ASIC)、復(fù)合信號電路、算法、查閱表、相關(guān)表、相關(guān)圖、或者它們的任意組合。本文中進一步描述了用于確定電解質(zhì)荷電狀態(tài)的方法，其中所迷電解質(zhì)在氧化和還原形式時呈現(xiàn)不同的吸收光譜。在一些實施方式中，所述方法包括以下步驟a)提供所述電解質(zhì)處于純凈的完全氧化的形式和純凈的完全還原的形式時的參比吸收光譜；b)提供所述電解質(zhì)的待確定荷電狀態(tài)的測試樣品；c)測量所述電解質(zhì)測試樣品的吸收光譜；d)使所述測試樣品的吸收光謹與所述純凈的氧化和還原樣品的吸收光譜相互關(guān)聯(lián)以提供所述測試樣品的相對吸光系數(shù)；和e)由所述測試樣品的相對吸光系數(shù)確定所述電解質(zhì)的荷電狀態(tài)。在進一步或者另外的實施方式中，提供所述電解質(zhì)處于純凈的完全氧化和純凈的完全還原形式時的參比吸收光語的步驟包括如下步驟i)提供所述電解質(zhì)的完全氧化形式的純凈樣品；ii)測量所述純凈的氧化的電解質(zhì)的吸收光鐠；iii)提供所述電解質(zhì)的完全還原形式的純凈樣品；和iv)測量所述純凈的還原的電解質(zhì)的吸收光語。在進一步或者另外的實施方式中，由所述測試樣品的相對吸光系數(shù)確定所述電解質(zhì)的荷電狀態(tài)的步驟可涉及使用模擬電路、專用集成電路(ASIC)、復(fù)合信號電路、算法、查閱表、相關(guān)表、相關(guān)圖、或者它們的任意組合。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)包括酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所迷酸性電解質(zhì)溶液包括氫氯酸、氫溴酸、或者其混合物。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)的吸收波長為約400nm700nm、約730nm~1100nm或者大于約750nm。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為至少O.IM。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為至少0.2M。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為至少0.5M。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為約0.1M~約15M。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為約0.2M-約IOM。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)溶液的濃度為約0.5M約8M。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)包括包含Cr"、Cr"和Fe"的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)包括在完全充電狀態(tài)下包含&2+和Fe卩+且在完全放電狀態(tài)下包含C一+和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)包括包含F(xiàn)e2+、Fe"和C產(chǎn)的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述電解質(zhì)包括在完全充電狀態(tài)下包含03+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含C,和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，使用分光光度計測量所述電解質(zhì)測試樣品的吸收光譜。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括至少一個光發(fā)射器和至少一個光接收器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器為發(fā)光二極管(LED)。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器發(fā)射FWHM(半高寬)的光語帶寬小于約50nm的光作為測光光束。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器。在進一步或者另外的實施方式中，所述光發(fā)射器發(fā)射波長約700nm-約1000nm的光。在進一步或者另外的實施方式中，所述光發(fā)射器發(fā)射波長約800nm約iOOOnm的光。在一些實施方式中，所述分光光度計的光接收器進一步包括至少一個濾光器。在進一步或者另外的的光譜帶寬小于約50nm的入射測光光束。本文還描述了用于確定氧化還原體系是否失去電解質(zhì)電荷平衡的方法、以及在發(fā)現(xiàn)所述氧化還原體系失去電荷平衡時用于恢復(fù)所述氧化還原體系的電解質(zhì)電荷平衡的方法。在一些實施方式中，這些方法包括以下步驟a)提供包括呈現(xiàn)第一吸收光譜的第一電解質(zhì)和呈現(xiàn)第二吸收光譜的第二電解質(zhì)的氧化還原體系；b)測量所述電解質(zhì)的吸收光語；c)由所述吸收光譜確定所述電解質(zhì)的荷電狀態(tài)；d)確定所述第一和/或第二電解質(zhì)的荷電狀態(tài)是否降至低于預(yù)定的閾限值；和e)如果所述第一和/或第二電解質(zhì)的荷電狀態(tài)降至低于所述預(yù)定的閾限值，則使所述電解質(zhì)流過再平衡電池。在進一步或者另外的實施方式中，由所述吸收光諳確定所述電解質(zhì)的荷電狀態(tài)的步驟可涉及使用模擬電路、專用集成電路(ASIC)、復(fù)合信號電路、算法、查閱表、相關(guān)表、相關(guān)圖、或者它們的任意組合。在進一步或者另外的實施方式中，確定所述第一和/或第二電解質(zhì)的荷電狀態(tài)是否降至低于預(yù)定的閾限值的步驟可涉及使用模擬電路、專用集成電路(ASIC)、復(fù)合信號電路、算法、查閱表、相關(guān)表、相關(guān)圖、或者它們的任意組合。在一些實施方式中，所述第一電解質(zhì)包括酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液包括氬氯酸、氬溴酸、或者其混合物。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)的吸收波長大于約750nm。在進一步或者另外的實施方式中，所述第二電解質(zhì)包括酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液包括氫氯酸、氫溴酸、或者其混合物。在進一步或者另外的實施方式中，所述酸性電解質(zhì)溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。在進一步或者另外的實施方式中，所述第二電解質(zhì)的吸收波長為約400nm-700nm或者約730nrn~1100nm。在一些實施方式中，所述第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)溶液的濃度不同。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)溶液的濃度基本上相同。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)溶液的濃度相同。在其它實施方式中，所述第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)溶液的濃度為至少0.1M。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)溶液的濃度為至少0.2M。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)溶液的濃度為至少0.5M。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)溶液的濃度為約0.1M約15M。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)溶液的濃度為約0.2M-約IOM。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)和第二電解質(zhì)溶液的濃度為約0.5M約8M。在一些實施方式中，所述第一電解質(zhì)為陽極電解液。在其它實施方式中，所述第一電解質(zhì)為陰極電解液。在一些實施方式中，所述第二電解質(zhì)為陽極電解液。在其它實施方式中，所述第二電解質(zhì)為陰極電解液。在一些實施方式中，所述陽極電解液包括包含C產(chǎn)、C一+和Fe"的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含02+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含C一+和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，所述陰極電解液包括包含F(xiàn)e"+、Fe^和C,的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含C和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，所述陽極電解液包括包含C+、(V+和Fe"的酸性溶液，所述陰極電解液包括包含F(xiàn)e2+、Fe"和Cr"的酸性溶液。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含&2+和Fe^且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe^的酸性溶液，所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含C一+和FeS+且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。在一些實施方式中，所述電解質(zhì)的吸收光譜是使用分光光度計測量的。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括至少一個光發(fā)射器和至少一個光接收器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器為發(fā)光二極管(LED)。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計的光發(fā)射器發(fā)射FWHM(半高寬)的光鐠帶寬小于約50nm的光作為測光光束。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器。在進一步或者另外的實施方式中，所述分光光度計包括兩個光發(fā)射器，其中一個光發(fā)射器用于陽極電解液的光度測定，另一個光發(fā)射器用于陰極電解液的光度測定。在進一步或者另外的實施方式中，所述陽極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約700nm~約1OOOnm的光，所述陰極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約800nm約1000nm的光。在一些實施方式中，所述分光光度計的光接收器進一步包括至少一個濾光器。在進一步或者另外的實施方式中，所述濾光器對入射的測光光束進行過濾以產(chǎn)生FWHM(半高寬)的光譜帶寬小于約50nm的入射測光光束。在一些實施方式中，所述氧化還原體系進一步包括至少一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述氧化還原體系進一步包括兩個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一個透明的管攔截所述測光光束中的至少一束。在進一步或者另外的實施方式中，所述第一電解質(zhì)流過一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述第二電解質(zhì)流過一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述氧化還原體系進一步包括兩個透明的管，其中所述第一電解質(zhì)流過一個透明的管且所述第二電解質(zhì)流過另一個透明的管。在進一步或者另外的實施方式中，所述至少一個透明的管是彎曲的。在進一步或者另外的實施方式中，所述透明的管中的至少一個的彎曲賦予所述測光光束中的至少一束以透鏡效應(yīng)。在進一步或者另外的實施方式中，所述透鏡效應(yīng)使落在檢測器上的光的測光密度增加，從而導(dǎo)致測光測量的信噪比增大。通過參考進行的引入本說明書中所提及的所有出版物和專利申請均引入本文作為參考，其參考程度就如同對引入作為參考的各單獨的出版物或者專利申請進行具體和單獨說明一樣。在所附權(quán)利要求中具體闡述了本發(fā)明的新穎特征。通過參考附圖以及得對本發(fā)明的特征和優(yōu)點的更好理解。以此包括的附圖引入本說明書中并且形成本說明書的一部分。應(yīng)理解，該描述中所涉及的附圖不是按比例繪制的，除非對此具體說明。圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的FeCl3、CrCl3、FeCl2和CrCl2的吸收光語(吸光系數(shù)對波長作圖)。圖2表示根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的存在于混合反應(yīng)物半電池的鐵側(cè)(陰極電解液)的單獨的電解質(zhì)物質(zhì)(FeCl2、FeCl3和0€13)的吸收光譜(吸光系數(shù)對波長作圖)。圖3表示根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的存在于混合反應(yīng)物半電池的鉻側(cè)(陽極電解液)的單獨的電解質(zhì)物質(zhì)(CrCl2、CrCl3和FeCl》的吸收光鐠(吸光系數(shù)對波長作圖)。圖4表示根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的混合反應(yīng)物半電池的鐵側(cè)(陰極電解液)在不同充電"文電狀態(tài)(5%充電、25%充電、50%充電、75%充電和95%充電)下的吸收光譜(吸光系數(shù)對波長作圖)。圖5表示根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的混合反應(yīng)物半電池的鉻側(cè)(陽極電解液)在不同充電/;^電狀態(tài)(5%充電、25%充電、50%充電、75%充電和95%充電)下的吸收光譜(吸光系數(shù)對波長作圖)。圖6A表示根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的用于測量至少一種電解質(zhì)的荷電狀態(tài)的分光光度計的圖。圖6B表示根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的用于測量至少一種電解質(zhì)的荷電狀態(tài)的分光光度計的圖。圖7為描繪根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的用于測量至少一種電解質(zhì)的荷電狀態(tài)的各種可行方法的流程圖。圖8為對于實施例1中所述的陰極電解液所測得的吸光度隨荷電狀態(tài)百分比(percentagestateofcharge)的變化而變4匕的圖。圖9為對于實施例1中所述的陽極電解液所測得的吸光度隨荷電狀態(tài)百分比的變化而變化的圖。具體實施例方式雖然已經(jīng)在本文中顯示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然明白這樣的實施方式僅是示例性的。在不偏離本發(fā)明的情況下，現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員會想到若干變型、變化和替代方式。應(yīng)理解，在實踐本發(fā)明時，可使用本文中所描述的本發(fā)明實施方式的各種替換方案。意圖是，所附權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍并且由此涵蓋落在這些權(quán)利要求及其等價物范圍內(nèi)的方法和結(jié)構(gòu)。與其它能源(例如天然氣)不同，當(dāng)電產(chǎn)生時其必須被使用，因此在未周期性地切斷供應(yīng)或者不具有昂貴的過剩容量的情況下，難以適應(yīng)波動性需求。出現(xiàn)波動性需求的理由很多并且各不相同且可包括任意以下理由季節(jié)性原因，其中在寒冷黑暗的冬天需要額外的電加熱和照明，而炎熱的季節(jié)則提升了對開空調(diào)的需求星期性原因，其中大多數(shù)辦公室和行業(yè)在周末關(guān)閉，使需求降低日常原因，例如由于家人從工廠/學(xué)校抵達家中或者在夏天下午的早期時段空調(diào)努力工作而出現(xiàn)的高峰,小時性原因，例如在電視上的廣告時段期間，當(dāng)消費者打開另外的燈、加熱器、設(shè)備等時功率形成峰值由于個體行為的波動、功率傳輸效率的差異和其它小的因素引起的瞬時原因。處理波動性需求的可行方法包括使能夠快速提高生產(chǎn)量的發(fā)電站以低于正常輸出量的方式運行、或者使另外的暫停運行的發(fā)電站重新運行以增加電的輸出量。然而，這些方法昂貴，因為常將昂貴的發(fā)電設(shè)備置之不用，并且因為使發(fā)電站以低于最大輸出量的方式運行通常不太有效率。因此，電能的存儲是主要的關(guān)注點，為了解決這個問題，已經(jīng)研究了許多電能存儲方法。這些方法包括電學(xué)方法(例如但不限于電容器和超導(dǎo)磁能存儲)、電化學(xué)方法(例如但不限于電池、液流電池和燃料電池)、機械方法(例如但不限于壓縮空氣、飛輪、液力蓄能器、水力發(fā)電和彈簧)、勢能方法(重力，例如但不限于水力發(fā)電)和熱方法(例如但不限于熔鹽、低溫液體、季節(jié)性熱存儲和太陽能水池)。雖然已經(jīng)研究和開發(fā)了若干技術(shù)，但是至今仍有待開發(fā)針對大量電能存儲問題的可廣泛利用的、高度有效的、可負擔(dān)得起的方案。一種開始解決這些需求的方法涉及使用氧化還原液流電池。氧化還原液流電池可用于存儲電能(例如，但不限于存儲便宜的夜間電力以在峰值需求期間提供電力、或者用于存儲綠色能量即由可再生資源例如風(fēng)、太陽能、波浪等產(chǎn)生的能量)、或者用于提供不間斷電源(UPS)(其中，如果主電源出現(xiàn)故障，則激活所述能量來源)。UPS是重要的，因為電源的突然除去對許多靠電力運行的裝置具有不利影響，并且雖然備用發(fā)電機可解決這個問題，但是它們是昂貴的。電力存儲的有效方法能夠保證對于電力切斷或者突然的電力故障，裝置具有內(nèi)置的備用品，以及降低發(fā)電站故障的影響。其中不間斷電源具有重要性的其它情況包括但不限于其中不間斷電源是至關(guān)重要的建筑例如醫(yī)院、或者向例如發(fā)展中國家(其中的許多國電源的情況。另一可能用途是電動汽車，因為可通過替換電解質(zhì)(其需要在其它地方進行后續(xù)再充電)而使其迅速"再充電"。本說明書中所使用的以下詞語和短語通常旨在具有如下所述的含義，除了它們用于其中的上下文另有說明之外。本文中所使用的術(shù)語"能量存儲"是指可在以后利用的某種形式的能量的存儲。本文中所使用的術(shù)語"電能存儲"是指可在以后用于為電氣設(shè)備提供動力的電能的存儲。本文中所使用的術(shù)語"電化學(xué)能量存儲"是指通過電化學(xué)反應(yīng)以化學(xué)形式存儲可在以后用于為電氣設(shè)備提供動力的電能。本文中所使用的術(shù)語"電能存儲系統(tǒng)"是指能夠存儲可在以后用于為電氣設(shè)備提供動力的電能的設(shè)備。本文中所使用的術(shù)語"電池單元"、"原電池"、"伏打電池，，等是指通過導(dǎo)電電解質(zhì)串聯(lián)連接的兩個半電池。本文中所使用的術(shù)語"電解質(zhì)"是指包含離子性物質(zhì)的導(dǎo)電溶液。本文中所使用的術(shù)語"陽極電解液"是指在體系的放電期間與標準氫電極(SHE)相比具有凈的負的電極電勢(Eo)的電解質(zhì)。本文中所使用的術(shù)語"陰極電解液"是指在體系的放電期間與標準氫電極(SHE)相比具有凈的正的電極電勢(EQ)的電解質(zhì)。本文中所使用的術(shù)語"酸性溶液"是指pH值為7或者更低的溶液。本文中所述的酸性溶液可進一步包括至少一種電解質(zhì)。本文中所使用的術(shù)語"測光(或光度測定，photometry)"是指測量可見光的各種性質(zhì)。本文中所使用的術(shù)語"分光光度測定(法)"是指測量固體、液體和/或溶液的吸收光i普。本文中所使用的術(shù)語"分光光度計"是指用于測量樣品材料所吸收的光的量隨波長的變化的儀器。所述儀器如下操作由光源產(chǎn)生穿過樣品的光束(由光子流構(gòu)成，也稱為測光光束)，然后測量到達光檢測器的光的強度。本文中所使用的術(shù)語"吸收光譜"是指通過分光光度計測量的給定物質(zhì)的吸光度隨波長變化的繪制圖。本文中所使用的術(shù)語"吸收波長"和是指這樣的波長，在該波長下，任何給定物質(zhì)的吸光度最大。本文中所使用的術(shù)語"發(fā)光二極管"和"LED"是指發(fā)射窄謙光的半導(dǎo)體器件。本文中所使用的術(shù)語"在還原和氧化形式時不同的吸收光譜"涉及這樣的電解質(zhì)溶液，其中如本文中所述，還原狀態(tài)下的電解質(zhì)的溶液具有與氧化狀態(tài)下的相同電解質(zhì)的溶液不同的吸收光譜，即，存在至少一種這樣的波長，在該波長下，所述兩種狀態(tài)所具有的吸光系數(shù)之差超過5%。本文中所使用的術(shù)語"透鏡效應(yīng)(lensingeffect)"是指這樣的光束光學(xué)增強，其使落在檢測器上的光的測光密度增加，從而導(dǎo)致測光測量的信噪比增大。本文中所使用的術(shù)語"電解質(zhì)再平衡"涉及這樣的機構(gòu)當(dāng)檢測到陽極電解液和陰極電解液之間的電荷不平衡時，該機構(gòu)使氧化還原體系的陽極電解液或者陰極電解液或者這兩者還原或者氧化。在一些實施方式中，這可通過使電解質(zhì)流過再平衡電池而實現(xiàn)。許多氧化還原能量存儲系統(tǒng)包括高度有色(highlycolored)并且由此在它們的吸收光譜中顯示出強吸收帶的電解質(zhì)溶液。此外，氧化和還原狀態(tài)的電解質(zhì)的顏色不同并且可用分光光度計辨別。通過在氧化還原液流電池運行期間測量電解質(zhì)在任意給定時刻的光學(xué)吸收，利用比爾定律可確定物質(zhì)的濃度/=/。e—。"(或者/=/。exp畫(a"))其中l(wèi)o為以給定波長發(fā)射的光的強度；I為以相同的波長透射穿過所述電解質(zhì)溶液的光的強度；a為電解質(zhì)在相同波長下的摩爾吸光系數(shù)(L.mor1cm");c為電解質(zhì)物質(zhì)的濃度(mol,L");和t為電解質(zhì)樣品的路徑長度(cm)。在使用該方程時作這樣的假設(shè)，例如所述介質(zhì)是光學(xué)線性的并且所述介質(zhì)或者居間體系中不存在熒光性或者磷光性。如果在所述系統(tǒng)中存在超過一種有色電解質(zhì)，則復(fù)合比爾定律(CompositeBeer'sLaw)表現(xiàn)為I-Vexp-(a,c!+a2承C2+…+a/Cn)t，其中4為電解質(zhì)i在給定波長下的摩爾吸光系數(shù)，和&為電解質(zhì)i的濃度(molL—"。因此，在理想情況下(即，沒有反應(yīng)物的交叉污染)，氧化還原電池中的電解質(zhì)的濃度可通過測量所述電解質(zhì)的吸光系數(shù)而容易地計算得出。使用Fe/Cr體系作為理想的非限制性實例時，陰極電解液為包含F(xiàn)e2+和Fe"混合物的溶液，而陽極電解液為包含C一+和C一+混合物的溶液。這些鹽(作為在1N氬氯酸中的氯化物)的吸收光譜示于圖1中，所述吸收光鐠使用標準的紅外/可見光分光光度計測量。應(yīng)注意，所述鹽的單獨離子可能不能作為離散的實體存在，但是可在水溶液中形成絡(luò)合物或者聚集體。因此，所得光譜是所有這樣的形式的光譜的褶合(convolution)。為了能夠確定體系的荷電狀態(tài)，各電解質(zhì)在處于氧化和還原兩種形式時的單獨的光語均應(yīng)能夠辨別。使用圖1中所展現(xiàn)的Fe/Cr體系作為非限制性實例，可以看到吸收光譜的兩個區(qū)域，在所述區(qū)域中可辨別四種物質(zhì)的光譜。第一個區(qū)域出現(xiàn)在約440nm的近紫外波長處，其中在這些鹽各自之間存在顯著的光譜差異。0€12在440nm處基本上未顯示出吸收；FeCl2顯示出吸光系數(shù)為約2-3的很少吸收；CrCl3顯示出約19的顯著吸光度；FeCl3具有非常大的吸光系數(shù)。第二個區(qū)域出現(xiàn)在約700nm或者更高的可見/近紅外波長處。0€12顯示出約4的最高吸光度；FeCl2具有約3的吸光系數(shù)；并且CrCl3和FeCl3具有大于0的吸光度。在對應(yīng)該使用光譜的哪個區(qū)域來確定所述氧化還原體系的荷電狀態(tài)進行選擇時，應(yīng)考慮各種因素。例如，在較低波長下的非常高的吸光系數(shù)可使測光測量相當(dāng)困難(雖然這可通過使用非常薄的電解質(zhì)樣品路徑而克服)。較高波長下的吸光系數(shù)趨于較小(例如小于5或者約為5),使得測量更加簡單。此外，近UV波長所需的光源和濾光器昂貴，而用于較長波長的光源和濾光器則容易獲得(例如，這樣波長的LED可商購得到)并且相當(dāng)小。應(yīng)注意，所述系統(tǒng)也在紅外和遠紅外波長(〉1000nm)下工作，盡管用于這些波長的光發(fā)射器、濾光器和檢測器的成本也較大。因此，本文中所述的^^則系統(tǒng)可在紅外/遠紅外范圍(>約700nm)、近紅外范圍(630-700nm)、可見光范圍(約440-630nm)、近紫外范圍(約380-440nm)或者其任意組合的波長下使用。在本發(fā)明的一些實施方式中，使用紅外/遠紅外檢測系統(tǒng)。在本發(fā)明的其它實施方式中，使用可見光/近紅外^r測系統(tǒng)。在其它實施方式中，使用可見光檢測系統(tǒng)。在進一步的實施方式中，使用近紫外檢測系統(tǒng)。在更進一步的實施方式，使用檢測系統(tǒng)的組合。應(yīng)注意，陽極電解液和陰極電解液之間的擴散平衡點可能不是精確的1:1的比率。這是由如下事實引起的不是所有的離子交換膜都會相同地影響各種電解質(zhì)物質(zhì)的交叉擴散速率，并且不同的電解質(zhì)物質(zhì)以不同速率擴散。然而，在這樣的情況下，所述平衡點可通過實驗而經(jīng)驗性地建立，然后所述體系可采用最優(yōu)的電解質(zhì)比率運行。如上所述，其中將所述陽極電解液和陰極電解液預(yù)混合的氧化還原液流電池克服了物質(zhì)的交叉擴散的問題，從而有助于保持電荷平衡和凈的體系容量。上述Fe/Cr氧化還原液流電池將用作說明性的非限制性實例。應(yīng)理解，與適用于混合反應(yīng)物體系一樣，本文中所述的確定氧化還原體系的荷電狀態(tài)的方法同等地適用于獨立的(未混合的)反應(yīng)物氧化還原體系。因此，假定有理想的離子交換膜，則混合反應(yīng)物Fe/Cr氧化還原液流電池將包括下表中所示摩爾比率的預(yù)混合的Fe和Cr酸性溶液<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>因此，完全充電的陰極電解液包括以摩爾比例計的50%0€13和50%FeCI3,而完全放電的陰極電解液包括以摩爾比例計的50%0€13和50%FeCl2。在這兩個極端之間的任何給定的荷電狀態(tài)下，所述陰極電解液都由FeCl2和FeCl3的混合物以及50%CrCl3構(gòu)成。這三種單獨的溶液(1M,在INHC1中)的吸收光譜示于圖2中(樣品路徑=lcm)。因此，完全充電的陽極電解液包括以摩爾比例計的50。/。FeCl2和50%CrCl2,而完全放電的陽極電解液包括以摩爾比例計的50。/。FeCl2和50%CrCl3。在這兩個極端之間的任何給定的荷電狀態(tài)下，所述陽極電解液都由CrCl2和CrCl3的混合物以及50。/。FeCl2構(gòu)成。這三種單獨的溶液(1M，在1NHC1中)的吸收光譜示于圖3中(樣品路徑=lcm)。前述復(fù)合比爾定律應(yīng)用于各側(cè)的3種組分并且用于對陽極電解液和陰極電解液的不同荷電狀態(tài)的所得光譜進行計算。5%(幾乎完全放電)、25°/。、50%、75%和90%(幾乎完全充電)的荷電狀態(tài)的陰極電解液的吸光系數(shù)圖示于圖4中。可觀察到，所述光譜在比約800nm長的波長下的吸光系數(shù)方面有良好的區(qū)分。在該范圍內(nèi)，所有的吸光系數(shù)均低于約2，從而縮小了光譜測定的動態(tài)范圍。5%(幾乎完全放電)、25%、50%、75%和90%(幾乎完全充電)的荷電狀態(tài)的陽極電解液的吸光系數(shù)圖示于圖5中?？捎^察到，除了在約720nm處的窄拐點之外，所述光譜在紫外、可見光和近紅外(400-1100nm)范圍內(nèi)所有波長下的吸光系數(shù)方面有良好的區(qū)分。因此，基于Fe/Cr體系的非限制性實例的實際裝置可在除約720nm之外的該整個范圍內(nèi)設(shè)定。在一些實施方式中，用純的電解質(zhì)溶液來標定(calibrate)不同荷電狀態(tài)的吸收對波長的數(shù)據(jù)。在其它實施方式中，在初始電池循環(huán)期間(當(dāng)任何電荷不平衡不明顯時)標定不同荷電狀態(tài)的吸收對波長的數(shù)據(jù)。由于當(dāng)吸光系數(shù)的范圍較小(低于例如約4)時光子學(xué)測量的動態(tài)范圍更易于處理，因此可選擇對應(yīng)于較低吸光系數(shù)區(qū)域的波長。因此對于示例性的Fe/Cr體系，優(yōu)選較高的波長，例如高于約750nm的波長。使用不同荷電狀態(tài)的經(jīng)標定的吸收對波長的數(shù)據(jù)，可確定在裝置的運行期間電解質(zhì)在任意時刻的荷電狀態(tài)。本文中所述的氧化還原液流電池包括至少一種電解質(zhì)(以及任意的各自的存儲容器、管子、閥門等)；至少一種離子交換膜；用于測量所述電解質(zhì)中至少一種的荷電狀態(tài)的分光光度測定裝置；和再平衡機構(gòu)。各種電解質(zhì)(以及其各自的存儲容器、管子、閥門等)、和離子交換膜已有充分的文獻記載并且是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。本文中所述的氧化還原液流電池可包括兩種電解質(zhì)，即陽極電解液和術(shù)人員公知的。對于本文中所述的氧化還原液流電池，所述電解質(zhì)的濃度可廣泛變化。顯然，電解質(zhì)濃度越高，則體系的容量越大。然而，在較高的濃度下，吸收光語的測量可變得有問題。一種克服這種問題的方法是使用具有減小的路徑長度的光池(opticalcell)(參考上述將透射穿過電解質(zhì)溶液的光強度與電解質(zhì)樣品的路徑長度關(guān)聯(lián)的比爾定律)。例如，典型的樣品池路徑長度為lcm。通過將樣品池路徑長度減小為lmm，可使樣品的濃度相應(yīng)地提高而不影響吸收光譜的質(zhì)量。樣品池路徑長度的進一步減小容許濃度的進一步提高。顯然樣品池路徑長度不能變得無限小，因此所述電解質(zhì)濃度不能無限高。本文中所述的電解質(zhì)可包括酸性溶液。它們可進一步包括另外的組分，例如溶解度增強劑、可用于幫助維持電解質(zhì)電荷平衡的化合物等。某些金屬卣化物鹽的添加可有利于這些因素。例如，金屬氯化物鹽的添加有助于使電解質(zhì)溶液的其它組分中的一些增溶和/或一旦溶解則有助于使那些組分保持溶解。圖6A描繪了本文中所述的用于測量至少一種電解質(zhì)的荷電狀態(tài)的分光光度測定裝置的非限制性實例。光源產(chǎn)生穿越至少一種電解質(zhì)的路徑的光束，并且通過光檢測器檢測入射光。圖6B描繪了本文中所述的用于測量氧化還原液流電池的至少一種電解質(zhì)的荷電狀態(tài)的分光光度測定裝置的非限制性實例。透明的管601載有電解質(zhì)流。LED602發(fā)射已知波長的光，并且由電子驅(qū)動器611驅(qū)動。應(yīng)注意光源不限于LED，而是例如包括激光、光電二極管等。部分發(fā)射光被部分鏡(partidmirror)603反射并且通過光檢測器604進行收集和測量。光檢測電路612將入射光轉(zhuǎn)變?yōu)樗鶞y量的電信號，該電信號的振幅監(jiān)控光發(fā)射器602的絕對亮度并且有助于對總體檢測配置中的任何溫度或者其它系統(tǒng)依賴效應(yīng)進行校正。光發(fā)射器602所發(fā)射的其它光穿過透明的管601，其一部分被所述電解質(zhì)吸收。透射光被光檢測器605捕獲并且作為電信號由光檢測電路613測量。兩個光檢測電路612和613將它們的信號送至可含有放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、邏輯和運算單元的中央處理器614。使用來自612的信息作為基線和作為對LED亮度的溫度依賴性、時間依賴性和其它系統(tǒng)依賴性以及對檢測器的溫度依賴性、時間依賴性和其它系統(tǒng)依賴性的校正。結(jié)合該校正，使用來自613的信號確定入射光與透射光的比，然后通過使用比爾定律，可計算出吸光系數(shù)。這種方法是分光光度測定領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的。然后將所測量的吸光系數(shù)與先前確定的標定圖(calibrationplot)和/或標定表(calibrationtable)相互關(guān)聯(lián)以確定體系的荷電狀態(tài)。如果氧化還原液流電池兩側(cè)的荷電狀態(tài)不同，則其表明已發(fā)生了寄生反應(yīng)。然后電池操作者激活再平衡機構(gòu)以使兩電解質(zhì)達到平衡狀態(tài)。隨著再平衡的進行，本文中所述的方法將監(jiān)控荷電狀態(tài)并且提供關(guān)于再平衡操作進度的主動反饋。再平衡機構(gòu)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。一種用于Fe/Cr氧化還原存儲系統(tǒng)的再平衡機構(gòu)涉及Fe3+離子通過與在鉻電極處產(chǎn)生的氫反應(yīng)而進行的直接化學(xué)陰極還原，其中利用催化劑加快反應(yīng)速率。所述催化劑為制成疏水性的并且用釕、銠、釔、鋨、銥、柏、金或銀包覆的活性炭，或者為制成疏水性的碳化鎮(zhèn)。(使用聚四氟乙烯以使所述金屬/碳化鴒疏水)。所述再平衡電池被催化劑分成兩個室，兩側(cè)均設(shè)有支撐網(wǎng)。催化劑氈使氫氣室與用于Fe"電解質(zhì)的液體室隔開，在該氫氣室與該液體室之間保持壓力平衡，這是因為多孔催化劑氈的隔離效果僅依賴其疏水性質(zhì)。該再平衡機構(gòu)的進一步細節(jié)可參見美國專利No.5，258,241,將其引入本文作為參考，并且其它的再平衡機構(gòu)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。在圖7中所示的流程圖中說明了由本文中介紹的方法所描述的精確且簡便地確定電解質(zhì)的荷電狀態(tài)以及隨后氧化還原體系的總體荷電狀態(tài)的過程。在一個實施方式中，圖7的流程圖中所描繪的過程可利用示于圖6A或圖6B中的示例性的分光光度測定裝置實施。在步驟7002中，待確定荷電狀態(tài)的電解質(zhì)樣品由氧化還原體系獲得。在一些實施方式中，連續(xù)地進行電解質(zhì)取樣。在其它實施方式中，周期性地進行電解質(zhì)取樣。在還有的其它實施方式中，通過操作者的啟動而進行電解質(zhì)取樣。在另外的實施方式中，通過操作者的啟動而連續(xù)地、周期性地進行電解質(zhì)取樣或者通過這些方法的一些組合而進行電解質(zhì)取樣?？墒褂酶鞣N管線、管子、閥門等以獲得電解質(zhì)樣品。在步驟7004中，將所述電解質(zhì)暴露于光源?？衫貌煌墓庠矗绲幌抻趩紊?、激光等。在步驟7006中，對光源(source)光強度進行檢測并且將其輸出作為光源強度7006A。在一些實施方式中，在給定驅(qū)動電壓和已知的光源的情況下，可假定光源為某標稱強度。在其它實施方式中，光源光強度通過圖6B的光檢測電路612檢測，其中輸出7006A為來自光檢測器604的電輸出。在步驟7008中，對樣品光強度進行檢測并且將其輸出作為樣品強度7008A。在一些實施方式中，樣品光強度通過圖6B的光檢測電路613檢測，其中輸出7008A為來自光檢測器605的電輸出。在步驟7010中，將光源光強度和樣品光強度進行比較。在結(jié)合任何校正之后，計算透射光的真實強度并且確定吸光系數(shù)，并且將其輸出作為樣品吸光系數(shù)7010A。在一些實施方式中，用于比較和計算的電路和算法以圖6B的中央處理器614為代表，所述中央處理器614可包括任意或者全部以下部件例如，模擬電路、ASIC或者其它復(fù)合信號電路、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、邏輯和運算單元、以及其它所需部件，這些部件是分光光度測定儀器領(lǐng)域的技術(shù)人員所知曉的。在步驟7012中，通過將樣品吸光系數(shù)7010A與隨荷電狀態(tài)(SOC)變化的光語相關(guān)信息相互關(guān)聯(lián)而確定SOC。在一些實施方式中，隨SOC變化的光i普相關(guān)信息為算法形式。在其它實施方式中，所述相關(guān)信息為查閱表(其可例如由曲線圖例如圖4和5中的那些而得到)形式。對于圖7的流程圖，用于所述步驟的許多指令、和來自所述步驟的數(shù)據(jù)輸入和輸出利用了存儲器和處理器硬件部件。在一些實施方式中，用于實施所述流程圖步驟的存儲裝置(memorystorage)是永久性的，例如但不限于只讀存儲器(ROM)。在其它實施方式中，存儲裝置是暫時存儲器，例如但不限于隨機存取存儲器(RAM)。存儲裝置可為任意類型的能夠容納程序指令的存儲裝置。這樣的存儲裝置部件是本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的，包括但不限于CDROM、閃存、USB驅(qū)動器等。類似地，用于實施所述流程圖步驟的處理器可為專用控制器、現(xiàn)有系統(tǒng)處理器，或者其可為適合于步驟類型的專用數(shù)字信號處理器(DSP)?；蛘?，所述指令可使用一些形式的狀態(tài)機實施。應(yīng)注意本文中所述過程中的一些呈現(xiàn)為根據(jù)計算機或者數(shù)字系統(tǒng)存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)位或者根據(jù)通訊裝置內(nèi)的信號所進行的操作的程序、邏輯塊、處理、和其它符號表示法。這些描述和表示法是數(shù)字通訊領(lǐng)域的技術(shù)人員用于將其工作主旨最有效地傳達給該領(lǐng)域中其它技術(shù)人員的方法。程序、邏輯塊、處理等存在于本文中且通常理解為導(dǎo)致所需結(jié)果的步驟或者指令的自給序列。所述步驟為需要對物理量進行物理操作的那些。盡管不是必要的，但是這些物理操作通常采取能夠在通訊裝置或者處理器中存儲、轉(zhuǎn)移、合并、比較、和以其它方式操作的電或磁信號的形式。就本發(fā)明而言，出于簡便的原因且參照常規(guī)用法，這些信號稱為比特(位)、值、要素、符號、字符、術(shù)語、數(shù)字等。然而，應(yīng)注意所有這些術(shù)語應(yīng)解釋為參考性的物理操作和物理量并且僅僅是應(yīng)考慮到本領(lǐng)域中常用術(shù)語進行進一步解釋的簡便標記。由本文中的討論可知，應(yīng)理解在本發(fā)明的整個討論中，術(shù)語例如"接收"、"測量"、"檢測(sensing)"等均指對數(shù)據(jù)進行操作和轉(zhuǎn)換的通訊裝置或者類似的電子計算裝置的操作和過程，除非另有具體說明。所述數(shù)據(jù)在所述通訊裝置部件或者計算機系統(tǒng)寄存器和存儲器內(nèi)表示為物理(電子)量，并且轉(zhuǎn)換為在所述通訊裝置部件或者計算機系統(tǒng)存儲器或者寄存器、或者其它這樣的信息存儲、傳輸或者顯示裝置內(nèi)類似地表示為物理量的其它數(shù)據(jù)。提供以下實施例以進一步說明本文中所述的設(shè)備和方法，而不是提供所述實施例來以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實施例1:相關(guān)表的準備(方法1)確定混合反應(yīng)物(FeCl2、FeCl3、CrCl3)半電池的鐵側(cè)(陰極電解液)在已知的充電/^欠電狀態(tài)(5%充電、25%充電、50%充電、75%充電和95%充電)下的吸收光譜并且將其示于圖4中。對各荷電狀態(tài)在900nm處的吸光度進行記錄，如下表中所示，并且對其作圖以形成圖8中所示的相關(guān)圖。<table>tableseeoriginaldocumentpage35</column></row><table>確定混合反應(yīng)物(CrCb、CrCl2、FeCl2)半電池的鉻側(cè)(陽極電解液)在已知充電/;^文電狀態(tài)(5%充電、25%充電、50%充電、75%充電和95%充電)下的吸收光鐠并且將其示于圖5中。對各荷電狀態(tài)在650nm處的吸光度進行記錄，如下表中所示，并且對其作圖以形成圖9中所示的相關(guān)圖。<table>tableseeoriginaldocumentpage35</column></row><table>實施例2:相關(guān)表的準備(方法2)在IN氫氯酸中制備以下溶液<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>因此:溶液1含有在HCl(100ml，lN)中的CrCl3(15,84g，100mmol)和FeCl〗CrCl3(15.84g，100mmol)、(16.22g,100mmol);溶液2含有在HCl(100ml,lN)中的FeCl3(12.165g,75mmol)和FeCl2(3.17g,25謹ol);溶液3含有在HCl(100ml,lN)中FeCl3(8.1lg,50腿ol)和FeCl2(6.34g,50mmol);溶液4含有在HCl(100ml，lN)中FeCl3(4.055g,25mmol)和FeCl2(9.5lg,75mmo1)溶液5含有在HCl(100ml，lN)中FeCl2(12.68g，脂誦ol);溶液6含有在HCl(100ml,lN)中CrCl2(12.29g，100mmol);的的的CrCl3(15.84g，100mmol)、CrCl3(15,84g,100mmol)、CrCl3(15.84g,100mmol)和的FeCl2(12.68g,100mmol)和溶液7含有在HCl(100ml，lN)中的FeCl2(12.68g，100mmol)、CrCl2(9.22g,75mmol)和CrCl3(3.96g，25mmol);溶液8含有在HCl(100ml,lN)中的FeCl2(12.68g,100mmol)、CrCl2(6.15g,50mmol)和CrCl3(7.92g，50mmol);溶液9含有在HCl(100ml,lN)中的FeCl2(12.68g,100mmol)、CrCl2(3.07g，25mmol)和CrCl3(11.88g,75mmol);溶液10含有在HCl(100ml，lN)中的FeCl2(12.68g,100mmol)和CrCl3(15.84g,100mmol)。在800nm下測量這些溶液各自的吸光系數(shù)并且對于所述陰極電解液和所述陽極電解液繪制吸光系數(shù)對荷電狀態(tài)的圖。將這些圖用作標定圖。實施例3:混合反應(yīng)物(Fe/Cr)氧化還原液流電池的荷電狀態(tài)和電荷平衡狀態(tài)的確定使用CrCl3、CrCl2、FeCl2鉻側(cè)陽極電解液和FeCl2、FeCl3、CrCl3鐵側(cè)陰極電解液制備混合反應(yīng)物氧化還原液流電池。使所述電池運行5次充電-放電循環(huán)。測量陽極電解液在650nm下的吸光度并且其確定為11.2。使用圖9中的相關(guān)表，算得所述陽極電解液為50%充電(即荷電狀態(tài)為50%)。測量陰極電解液在900nrn下的吸光度并且其確定為0.8。使用圖8中的相關(guān)表，算得所述陽極電解液為50%充電(即荷電狀態(tài)為50%)。因此所述體系仍然處于電荷平衡狀態(tài)。接下來使所述電池再運行20次充電-放電循環(huán)。測量陽極電解液在650nm下的吸光度并且其確定為11。使用圖9中的相關(guān)表，算得所述陽極電解液為48%充電。測量陰極電解液在900nm下的吸光度并且其確定為0.9。使用圖8中的相關(guān)表，算得所述陽極電解液為40%充電。因此，確定所述體系失去了電荷平衡。啟動再平衡機構(gòu)以使得體系回到電荷平衡狀態(tài)。法所述設(shè)備和方法克服了對氧化還原液流電池的荷電狀態(tài)(SOC)的電化學(xué)測量的限制并且可確定混合或者未混合電解質(zhì)各自的SOC,從而將信息提供給所述液流電池的操作機構(gòu)，如果單獨的SOC不平衡，則所述操作機構(gòu)可采取措施使所述體系再平衡。已經(jīng)呈現(xiàn)了本發(fā)明具體實施方式的前述描述以用于說明和描述。它們不意圖是窮盡式的或者將本發(fā)明限制為所公開的確切形式，并且顯然按照以上教導(dǎo)許多修改和變型也是可行的。對實施方式進行選擇和描述以最好地解釋本發(fā)明的原理以及其實際應(yīng)用，由此使得本領(lǐng)域中的其它技術(shù)人員能夠最好地利用本發(fā)明和各種實施方式以及適合于預(yù)期具體應(yīng)用的各種變型。權(quán)利要求1.氧化還原液流電池，包括在還原和氧化形式時具有不同吸收光譜的陽極電解液；在還原和氧化形式時具有不同吸收光譜的陰極電解液；和用于獨立地測量所述陽極電解液和所述陰極電解液的吸收光譜的分光光度計。2.權(quán)利要求1的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液和所述陰極電解液包括酸性溶液。3.權(quán)利要求1的氧化還原液流電池，其中所述酸性溶液包括氫氯酸、氫溴酸、或者其混合物。4.權(quán)利要求1的氧化還原液流電池，其中所述酸性溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。5.權(quán)利要求1的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液和所述陰極電解液溶液的濃度為約0.5M~約8M。6.權(quán)利要求1的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含C,和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含C一+和Fe"的酸性溶液。7.權(quán)利要求1的氧化還原液流電池，其中所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。8.權(quán)利要求1的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含&2+和Fe^且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe^的酸性溶液；所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含0"3+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。9.權(quán)利要求1的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液的吸收波長為約400nrn~700nm或者約730nm-1100nm。10.權(quán)利要求1的氧化還原液流電池，其中所述陰極電解液的吸收波長大于約750nm。11.權(quán)利要求1的氧化還原液流電池，其中所述分光光度計包括至少一個光發(fā)射器和至少一個光接收器。12.權(quán)利要求11的氧化還原液流電池，其中所述光發(fā)射器為發(fā)光二極管(LED)。13.權(quán)利要求11的氧化還原液流電池，包括兩個光發(fā)射器，其中一個光發(fā)射器用于陽極電解液的光度測定；和另一個光發(fā)射器用于陰極電解液的光度測定。14.權(quán)利要求13的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約700nm~約lOOOnm的光；和所述陰極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約800nm~約lOOOnm的光。15.權(quán)利要求11的氧化還原液流電池，其中所述光發(fā)射器發(fā)射FWHM(半高寬)的光譜帶寬小于約50nm的光作為測光光束。16.權(quán)利要求11的氧化還原液流電池，其中所述光接收器進一步包括至少一個濾光器。17.權(quán)利要求16的氧化還原液流電池，其中所述濾光器對入射的測光光束進行過濾以產(chǎn)生FWHM(半高寬)的光譜帶寬小于約50nm的入射測光光束。18.權(quán)利要求15的氧化還原液流電池，進一步包括至少一個透明的管，其中所述透明的管攔截所述測光光束的至少一束。19.權(quán)利要求18的氧化還原液流電池，其中至少一種電解質(zhì)流過所述透明的管。20.權(quán)利要求18的氧化還原液流電池，其中所述透明的管是彎曲的，其中所述彎曲賦予所述測光光束以透鏡效應(yīng)。21.權(quán)利要求20的氧化還原液流電池，其中所述透鏡效應(yīng)^f吏落在檢測器上的光的測光密度增加，從而導(dǎo)致測光測量的信噪比增大。22.氧化還原液流電池，包括在還原和氧化形式時具有不同吸收光譜的陽極電解液；在還原和氧化形式時具有不同吸收光語的陰極電解液；用于測量.計^和當(dāng)4全測到極電解液或者所述陰極電解液或者這兩者還原或者氧化的再平衡機構(gòu)。23.權(quán)利要求22的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液和所述陰極電解液包括酸性溶液。24.權(quán)利要求23的氧化還原液流電池，其中所述酸性溶液包括氫氯酸、氬溴酸、或者其混合物。25.權(quán)利要求23的氧化還原液流電池，其中所述酸性溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。26.權(quán)利要求22的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液和所述陰極電解液溶液的濃度為約0.5M-約8M。27.權(quán)利要求22的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含02+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含C一+和Fe2+W酸性溶液。28.權(quán)利要求22的氧化還原液流電池，其中所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含&3+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。29.權(quán)利要求22的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含C+和Fe^且在完全放電狀態(tài)下包含C,和Fe"的酸性溶液；所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe^的酸性溶液。30.權(quán)利要求22的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液的吸收波長為約400nm~700nm或者約730nm~1100nm。31.權(quán)利要求22的氧化還原液流電池，其中所述陰極電解液的吸收波長大于約750nm。32.權(quán)利要求22的氧化還原液流電池，其中所述分光光度計包括至少一個光發(fā)射器和至少一個光接收器。33.權(quán)利要求32的氧化還原液流電池，其中所述光發(fā)射器為發(fā)光二極管(LED)。34.權(quán)利要求32的氧化還原液流電池，其包括兩個光發(fā)射器，其中一個光發(fā)射器用于陽極電解液的光度測定；和另一個光發(fā)射器用于陰極電解液的光度測定。35.權(quán)利要求34的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約700nm~約lOOOnm的光；和所述陰極電解液光發(fā)射器發(fā)射波長約800nm~約1000nm的光。36.權(quán)利要求32的氧化還原液流電池，其中所述光發(fā)射器發(fā)射FWHM的光譜帶寬小于50nm的光作為測光光束。37.權(quán)利要求32的氧化還原液流電池，其中所述光接收器進一步包括至少一個濾光器。38.權(quán)利要求37的氧化還原液流電池，其中所述濾光器對入射的測光光束進行過濾以產(chǎn)生具有窄的光語帶寬的入射測光光束。39.權(quán)利要求36的氧化還原液流電池，進一步包括至少一個透明的管，其中所述透明的管攔截所述測光光束的至少一束。40.權(quán)利要求39的氧化還原液流電池，其中至少一種電解質(zhì)流過所述透明的管。41.權(quán)利要求39的氧化還原液流電池，其中所述透明的管是彎曲的，其中所述彎曲賦予所述測光光束以透鏡效應(yīng)。42.權(quán)利要求41的氧化還原液流電池，其中所述透鏡效應(yīng)4吏測光測量的信噪比增大。43.電解質(zhì)再平衡、電能存儲系統(tǒng)，包括包含呈現(xiàn)第一吸收光譜的第一電解質(zhì)和呈現(xiàn)第二吸收光譜的第二電解質(zhì)的氧化還原液流電池；用于分別測量所述第一和第二電解質(zhì)的所述第一和第二吸收光譜的分光光度計；用于使所述第一和第二吸收光譜分別與所述第一和第二電解質(zhì)的荷電狀態(tài)相互關(guān)聯(lián)的裝置；和用于在所述第一和第二電解質(zhì)之間檢測到電荷不平衡時恢復(fù)電荷平衡的再平衡機構(gòu)，其中所述電荷不平衡通過所述第一和第二電解質(zhì)各自的吸收光譜確定。44.權(quán)利要求43的電能存儲系統(tǒng)，其中所述電解質(zhì)包括酸性溶液。45.權(quán)利要求44的氧化還原液流電池，其中所述酸性溶液包括氫氯酸、氫溴酸、或者其混合物。46.權(quán)利要求44的氧化還原液流電池，其中所述酸性溶液進一步包括含水金屬氯化物鹽。47.權(quán)利要求43的氧化還原液流電池，其中所述陽極電解液和所述陰極電解液溶液的濃度為約0.5M~約8M。48.權(quán)利要求43的電能存儲系統(tǒng)，其中所述第一吸收光鐠和所述第二吸收光譜不同。49.權(quán)利要求43的電能存儲系統(tǒng)，其中所述第一電解質(zhì)為陽極電解液，所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含C+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。50.權(quán)利要求43的電能存儲系統(tǒng)，其中所述第二電解質(zhì)為陰極電解液，所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含C一+和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。51.權(quán)利要求43的電能存儲系統(tǒng)，其中所述第一電解質(zhì)為陽極電解液，所述陽極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含Cr"和Fe^且在完全放電狀態(tài)下包含&3+和Fe"的酸性溶液；和所述第二電解質(zhì)為陰極電解液，所述陰極電解液包括在完全充電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"且在完全放電狀態(tài)下包含Cr"和Fe"的酸性溶液。52.權(quán)利要求51的電能存儲系統(tǒng)，其中所述陽極電解液的吸收波長為約400nm~700nm或者約730nrn~1100nm,和所述陰極電解液的吸收波長大于約750nm。53.權(quán)利要求43的電能存儲系統(tǒng)，其中所述分光光度計包括至少一個光發(fā)射器和至少一個光接收器。54.權(quán)利要求53的電能存儲系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射器為發(fā)光二極管(LED)。55.權(quán)利要求53的電能存儲系統(tǒng)，其包括兩個光發(fā)射器，其中一個光發(fā)射器用于所述第一電解質(zhì)的光度測定；和另一個光發(fā)射器用于所述第二電解質(zhì)的光度測定。56.權(quán)利要求53的電能存儲系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射器發(fā)射FWHM的光譜帶寬小于50nm的光作為測光光束。57.權(quán)利要求56的電能存儲系統(tǒng)，進一步包括至少一個透明的管，其中所述透明的管攔截所述測光光束的至少一束。58.權(quán)利要求57的電能存儲系統(tǒng)，其中所述電解質(zhì)的至少一種流過所述透明的管。59.權(quán)利要求58的電能存儲系統(tǒng)，其中所述透明的管是彎曲的，其中所述彎曲賦予所述測光光束以透鏡效應(yīng)。60.權(quán)利要求59的電能存儲系統(tǒng)，其中所述透鏡效應(yīng)使測光測量的信噪比增大。61.電解質(zhì)荷電狀態(tài)測量系統(tǒng)，包括至少一種在還原和氧化形式時具有不同吸收光譜的電解質(zhì)；用于測量所述電解質(zhì)的吸收光譜的分光光度計；用于使所述電解質(zhì)的吸收光鐠與所述電解質(zhì)的荷電狀態(tài)相互關(guān)聯(lián)的裝置；和用于向所述系統(tǒng)提供所述荷電狀態(tài)的輸出裝置。62.權(quán)利要求61的測量系統(tǒng)，其中所述分光光度計包括至少一個光發(fā)射器和至少一個光接收器。63.權(quán)利要求62的測量系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射器為發(fā)光二極管(LED)。64.權(quán)利要求62的測量系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射器發(fā)射具有窄的、優(yōu)選小于50nmFWHM光譜帶寬的光作為測光光束；和所述光接收器進一步包括至少一個濾光器，其中所述濾光器對入射的測光光束進行過濾以產(chǎn)生具有窄的光譜帶寬的入射測光光束。65.權(quán)利要求64的測量系統(tǒng)，進一步包括至少一個透明的管，其中所述透明的管攔截所述測光光束的至少一束。66.權(quán)利要求65的測量系統(tǒng)，其中至少一種電解質(zhì)流過所述透明的管。67.權(quán)利要求65的測量系統(tǒng)，其中所述透明的管是彎曲的，其中所述彎曲賦予所述測光光束以透鏡效應(yīng)以使測光測量的信噪比增大。68.確定電解質(zhì)的荷電狀態(tài)的方法，其中所述電解質(zhì)在氧化和還原形式時呈現(xiàn)不同的吸收光譜，所述方法包括以下步驟a)提供所述電解質(zhì)處于純凈的完全氧化的形式和純凈的完全還原的形式時的參比吸收光譜；b)提供所述電解質(zhì)的待確定荷電狀態(tài)的測試樣品；c)測量所述電解質(zhì)的測試樣品的吸收光譜；d)使所述測試樣品的吸收光譜與所述純凈的氧化和還原樣品的吸收光譜相互關(guān)聯(lián)以提供所述測試樣品的相對吸光系數(shù)；和e)由所述測試樣品的相對吸光系數(shù)確定所述電解質(zhì)的荷電狀態(tài)。69.權(quán)利要求68的方法，其中步驟a)包括以下步驟i)提供所述電解質(zhì)的完全氧化形式的純凈樣品；ii)測量所述純凈的被氧化的電解質(zhì)的吸收光譜；iii)提供所述電解質(zhì)的完全還原形式的純凈樣品；和iv)測量所述純凈的被還原的電解質(zhì)的吸收光譜。70.權(quán)利要求68的方法，其中步驟e)涉及使用模擬電路、ASIC、復(fù)合信號電路、算法、查閱表、或者它們的任意組合。71.恢復(fù)氧化還原體系中的電解質(zhì)電荷平衡的方法，包括以下步驟a)提供包括呈現(xiàn)第一吸收光譜的第一電解質(zhì)和呈現(xiàn)第二吸收光譜的第二電解質(zhì)的氧化還原體系；b)測量所述電解質(zhì)的吸收光譜；c)由所述吸收光譜確定所述電解質(zhì)的荷電狀態(tài)；d)確定所述第一和/或第二電解質(zhì)的荷電狀態(tài)是否降至低于預(yù)定的閾限值；和e)如果所述第一和/或第二電解質(zhì)的荷電狀態(tài)降至低于所述預(yù)定的闊限值，則使所述電解質(zhì)流過再平衡電池。全文摘要本發(fā)明公開了通過光學(xué)吸收分光光度法確定具有混合或者未混合反應(yīng)物的氧化還原電池中電解質(zhì)各自的荷電狀態(tài)的設(shè)備和方法。由此獲得的荷電狀態(tài)可用作體系中剩余電化學(xué)能量的量的度量。此外，如果陽極電解液和陰極電解液荷電狀態(tài)不同，則關(guān)于陽極電解液和陰極電解液荷電狀態(tài)的信息可用于任何再平衡機構(gòu)。文檔編號H01M6/42GK101657922SQ200880004746公開日2010年2月24日申請日期2008年2月11日優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日發(fā)明者薩羅杰·K·塞休申請人:迪亞能源股份有限公司