專利名稱：具有電位中和的流動電解質(zhì)電池的制作方法
具有電位中和的流動電解質(zhì)電池本申請是申請日為2006年01月30日的、題為“具有電位中和的流動電解質(zhì)電池” 的第200680003482. X號申請的分案申請。相關(guān)申請本申請要求2005年1月28日提交的、題為“用于在流動電解質(zhì)電池中進行電位中 和的方法和裝置”的第60/648，156號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，其通過引用并入本文。
背景技術(shù)：
電池廣泛用于各種工業(yè)應(yīng)用。例如，包括鉛酸蓄電池的建筑物遍布鄉(xiāng)村和城市用 于電能存儲，并且在停電時，這些電池可用來維持電話、有線電視、以及因特網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的 功能。最廣泛應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用的電池是傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，其可為富液式或閥控式。這些 電池中的每一種都使用相同的基本化學(xué)成分；在硫酸電解質(zhì)中包含鉛板和氧化鉛。電池的 端鈕與浸入電解質(zhì)的這些鉛板相連。流動電解質(zhì)電池具有兩種電解質(zhì)，陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)，其為流動的并由薄 膜隔開。對鋅溴流動電解質(zhì)電池而言，在充電時鍍鋅，從而釋放穿過隔膜擴散的溴化物離 子。在這種情況下，陽極電解質(zhì)含的鋅越來越少，并且陰極電解質(zhì)含的溴越來越多。由于隔 膜的一邊存在例如鋅的金屬，而另一邊存在陰極電解質(zhì)，因此出現(xiàn)了穿過隔膜的電位。陰極 電解質(zhì)集中有豐富的例如溴化物的陽離子。如果包含工業(yè)電池的設(shè)施起火，或如果發(fā)生電池故障，該電池將可能變得不安全， 并且其存儲的能量可容易地作用于外界。因為電池事故中可能產(chǎn)生的電沖擊或爆炸十分危 險，所以消防隊會非常小心地處理這種設(shè)施中的火災(zāi)。在此之前，不存在用化學(xué)方法關(guān)閉電 池的方法。此外，在電池并未使用的情況下，由于反應(yīng)電池內(nèi)存在可用的反應(yīng)物，因此電池組 可自放電。該反應(yīng)物引起緩慢的穿過薄膜的擴散，以使電池緩慢放電。在此之前，不存在用 化學(xué)方法中和電池以阻止其在不使用時產(chǎn)生自放電的方法。
發(fā)明內(nèi)容
可用化學(xué)方法很快中和電位的電池可增加在如上所述的情況中的安全性，并防止 在不使用時的自放電。因此，本文公開了能用化學(xué)方法選擇性中和的流動電解質(zhì)電池以及 用化學(xué)方法選擇性中和流動電解質(zhì)電池的方法。一個實施方式的電池包括由薄膜隔開的第 一和第二電極。一個或多個閥允許(1)陰極電解質(zhì)流過第二電極且陽極電解質(zhì)流過第一電 極以使電池具有電位，或可選地允許(2)陽極電解質(zhì)流過第一和第二電極以使電池用化學(xué) 方法中和。在一個實施方式中，提出一種具有用化學(xué)方法選擇性中和的電位的流動電解質(zhì)電 池。該電池包括由薄膜隔開的第一和第二電極、用于貯藏陽極電解質(zhì)的陽極電解質(zhì)儲槽、以 及用于貯藏陰極電解質(zhì)的陰極電解質(zhì)儲槽。第一泵選擇性地使陽極電解質(zhì)從陽極電解質(zhì)儲 槽流過第一電極，并且第二泵選擇性地使陰極電解質(zhì)從陰極電解質(zhì)儲槽流過第二電極。還包括用于選擇性地僅使陽極電解質(zhì)從陽極電解質(zhì)儲槽流過第二電極的裝置。在一個實施方式中，提供了一種用化學(xué)方法選擇性地中和流動電解質(zhì)電池的方 法。該方法包括以下步驟(1)使陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)流過電解質(zhì)電池的電極以產(chǎn)生 電；(2)確定中和事件；以及(3)僅使陽極電解質(zhì)流過電極以中和電池的電位。在一個實施方式中，提出了一種選擇性地恢復(fù)流動電解質(zhì)電池的電位的方法。該 方法包括以下步驟(1)確定電池是否應(yīng)具有電位；(2)抑制陽極電解質(zhì)流過電池的一個電 極；以及(3)使陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)流過電池以產(chǎn)生電位。在一個實施方式中，提出了一種具有用化學(xué)方法選擇性中和的電位的流動電解質(zhì) 電池。該電池包括由薄膜隔開的第一和第二電極。一個或多個閥允許(1)陰極電解質(zhì)流過 第二電極且陽極電解質(zhì)流過第一電極以使電池具有電位，或可選地允許(2)陽極電解質(zhì)流 過第一電極以及電中性流體流過第二電極以使電池由化學(xué)方法中和。在一個實施方式中，提出一種具有用化學(xué)方法選擇性中和的電位的流動電解質(zhì)電 池。該電池包括由薄膜隔開的第一和第二電極、與第一泵連通并用于貯藏陽極電解質(zhì)并向 第一泵提供陽極電解質(zhì)的陽極電解質(zhì)儲槽、以及用于貯藏陰極電解質(zhì)并向第二泵提供陰極 電解質(zhì)的陰極電解質(zhì)儲槽。還包括管，用于將陽極電解質(zhì)儲槽連接于第一電極，以使陽極 電解質(zhì)從陽極電解質(zhì)儲槽流向第一電極；將第一電極連接于陽極電解質(zhì)儲槽，以使陽極電 解質(zhì)從第一電極流向陽極電解質(zhì)儲槽；將陰極電解質(zhì)儲槽連接于第二電極，以使陰極電解 質(zhì)從陰極電解質(zhì)儲槽流向第二電極；以及將第二電極連接于陰極電解質(zhì)儲槽，以使陰極電 解質(zhì)從第二電極流向陰極電解質(zhì)儲槽。還包括裝置，用于選擇性地使從第二電極流出的陰 極電解質(zhì)流回第二電極，而不先進入陰極電解質(zhì)儲槽。在一個實施方式中，提出了一種用化學(xué)方法選擇性地中和流動電解質(zhì)電池的方 法。該方法包括以下步驟(1)使陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)流過電解質(zhì)電池的電極以產(chǎn)生 電；(2)確定中和事件；以及(3)僅使陽極電解質(zhì)和電中性流體流過電極以中和電池的電 位。在一個實施方式中，提出了一種選擇性地恢復(fù)流動電解質(zhì)電池的電位的方法。該 方法包括以下步驟(1)確定電池是否應(yīng)具有電位；(2)抑制電中性流體流過電池的一個電 極；以及(3)使陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)流過電池以產(chǎn)生電位。
圖1示例性地示出了現(xiàn)有技術(shù)的流動電解質(zhì)電池；圖2示例性地示出了一個具有電位中和的流動電解質(zhì)電池；圖3示例性地示出了另一個具有電位中和的流動電解質(zhì)電池；圖4示例性地示出了根據(jù)一個實施方式的閥；圖5示例性地示出了另一個具有電位中和的流動電解質(zhì)電池；圖6示例性地示出了另一個具有電位中和的流動電解質(zhì)電池；圖7是說明用化學(xué)方法選擇性地中和流動電解質(zhì)電池并隨后恢復(fù)電位的方法的 流程圖；圖8示例性地示出了另一個具有電位中和的流動電解質(zhì)電池；圖9示例性地示出了另一個具有電位中和的流動電解質(zhì)電池；
圖10是說明用化學(xué)方法選擇性地中和流動電解質(zhì)電池并隨后恢復(fù)電位的另一種 方法的流程圖；以及圖11-15示出了用于一個具有電位中和的流動電解質(zhì)電池的示例性的測試結(jié)果。
具體實施例方式圖1示出了用于流動電解質(zhì)電池100的典型結(jié)構(gòu)。電池100包括由多孔的可供 陽離子穿過的薄膜108隔開的雙極碳電極101、陰極電解質(zhì)儲槽102、以及陽極電解質(zhì)儲槽 103。泵104使陽極電解質(zhì)流動，并且另一個泵107使陰極電解質(zhì)流動。還可包括二次陰極 電解質(zhì)105，其在鋅溴流動電解質(zhì)電池100中為多溴化合物的配合物。閥106，例如多溴化 合物的配合物的閥，允許泵107在電池放電時將多溴化合物的配合物105從儲槽底部抽起。 當(dāng)陰極電解質(zhì)和陽極電解質(zhì)在薄膜108的各自一側(cè)通過電極101時，電池100提供了穿過 薄膜108的勢能。圖2示出了可用化學(xué)方法關(guān)閉以提供電位中和的流動電解質(zhì)電池200(1)。電池 200(1)可為鋅溴流動電解質(zhì)電池或其它流動類型的電池。陽極電解質(zhì)儲槽201與陽極電 解質(zhì)泵205流體連通，并且陰極電解質(zhì)儲槽202與陰極電解質(zhì)泵206流體連通。泵205工 作時，陽極電解質(zhì)流過碳電極203，碳電極203由薄膜209與陰極電解質(zhì)電極204隔開。泵 206工作時，如本文所述，陽極電解質(zhì)或陰極電解質(zhì)流過陰極電解質(zhì)電極204。例如，如圖2 所示，適當(dāng)設(shè)置管210，以使其與不同的元件相連。兩個閥208和207被設(shè)置為引導(dǎo)陰極電 解質(zhì)或陽極電解質(zhì)流過陰極電解質(zhì)電極204。正常工作時，閥208只允許陰極電解質(zhì)從陰極電解質(zhì)儲槽202流過陰極電解質(zhì)電 極204，而閥207只允許電解質(zhì)經(jīng)過陰極電解質(zhì)電極204進入陰極電解質(zhì)儲槽202。然而， 在中和模式，閥208只允許陽極電解質(zhì)從陽極電解質(zhì)儲槽201流過陰極電解質(zhì)電極204，并 且閥207只允許電解質(zhì)通過陰極電解質(zhì)電極204進入陽極電解質(zhì)儲槽201。因此在中和模 式，電池200(1)用化學(xué)方法被中和(“關(guān)閉”)。圖2中示出了閥207和208的中和模式。 閥207和208可由連接在一起協(xié)同工作的單獨的閥構(gòu)成；閥207和208可為止回閥或其它 類型的閥。如果管210沒有裂口并且泵205、206可起作用，那么當(dāng)閥207和208返回正常位 置時(即，使得陰極電解質(zhì)流過電極204時)，電池200(1)的電位也將還原。也就是說，電 池200(1)的電位可不用除去電荷就達到零，并且?guī)缀醪粨p失存儲的能量就可恢復(fù)原始的 電位。由于電池通常充電到某個電壓后只能通過充分放電才可使電池的電位返回到零伏， 因此這一點具有顯著的優(yōu)點。圖3示出了具有電位中和的流動電解質(zhì)電池200(2)，包括附加泵300以及并聯(lián)的 附加閥301、302。如果管210的供應(yīng)側(cè)210a發(fā)生故障，附加泵300可用于驅(qū)動電解質(zhì)以相 反的方向(即，以與圖3所示的箭頭205a、206a相反的方向)流過電池200(2)。通常，電解 質(zhì)可分別由泵205、206沿箭頭205a、206a的方向抽起。然而，如果電池200 (2)處于中和模 式，閥207、208被配置為使陽極電解質(zhì)(例如耗乏鋅電解質(zhì))如上所述經(jīng)電極203和電極 204抽出并回到陽極電解質(zhì)儲槽201。通常，閥301可關(guān)閉，并且閥302可打開以允許陽極電解質(zhì)從電極203 (以及如上 所述有時從電極204)流向陽極電解質(zhì)儲槽201。如果泵300是葉輪泵而不是容積泵，則可不使用閥301、302，因為這種泵300允許陽極電解質(zhì)通過泵300流向陽極電解質(zhì)儲槽201。如果用于從泵205提供電解質(zhì)的管210a、泵205、或其它相關(guān)元件出現(xiàn)故障，從而 難以使電池200 (2)的陰極電解質(zhì)側(cè)204中的流體流動，則可啟動泵300。當(dāng)泵300啟動時， 閥301可打開以允許陽極電解質(zhì)從陽極電解質(zhì)儲槽201中流出，閥302可關(guān)閉以阻止電解 質(zhì)在泵300周圍環(huán)流，并且閥207和208可配置為允許陽極電解質(zhì)儲槽201中的陽極電解 質(zhì)流過電極204。從而電解質(zhì)可穿過電池200(2)流回(S卩，以與圖3所示的箭頭相反的路 線流動)。圖4示出了閥208的示例性實施方式。在此實施方式中，閥208包括控制器401、接 口調(diào)節(jié)器402、電源403、第一和第二閥404和404a、以及第一和第二閥驅(qū)動器406和406a。 控制器401可為，例如，可編程邏輯陣列、微控制器或微處理器、開關(guān)、或具有邏輯電路以尋 找異常數(shù)據(jù)信號(例如，異常的壓力、電壓、或溫度數(shù)據(jù)信號，或其它指示存在泄漏的信號) 的比較器；該異常數(shù)據(jù)信號可從而觸發(fā)例如下文所述的中和事件。控制器401可與開關(guān) 411、壓力傳感器412、電壓表413、溫度計414、和/或檢漏器415進行數(shù)據(jù)通信。接口調(diào)節(jié)器402使控制器401與第一和第二閥驅(qū)動器406、406a進行數(shù)據(jù)通信，例 如通過向第一和第二閥驅(qū)動器406、406a提供合適的電壓或電流電平。驅(qū)動器406、406a分 別與閥404、404a通信，以根據(jù)從接口調(diào)節(jié)器402接收的信號(例如，特定的電壓或電流)將 閥404、404a置于打開或關(guān)閉狀態(tài)。閥404、404a可為球閥或其它類型的閥，當(dāng)閥404、404a 中的一個打開時，另一個則關(guān)閉。電源403可向例如控制器401、接口調(diào)節(jié)器402、第一閥驅(qū) 動器406、以及第二閥驅(qū)動器406a中的任一個或全部供電。閥404、404a和驅(qū)動器406、406a可為從產(chǎn)品目錄中能夠買到的標(biāo)準(zhǔn)管道部件。示 例性的驅(qū)動器406、406a是Asahi America Series 83Actuator Electromni，以及示例性的 閥404、404a是Type 21球閥。在使用溴鋅反應(yīng)物的情況下，閥404、404a可包括例如PVDF 的非反應(yīng)性塑料。在一個示例性的使用方法中，控制器401通過接口調(diào)節(jié)器402向第一和第二閥驅(qū) 動器406、406a發(fā)送“正?！毙盘枺允归y404a處于打開狀態(tài)且閥404處于關(guān)閉狀態(tài)。這樣 允許相應(yīng)的電池(例如電池200(1)、電池200 (2))以正常的操作模式工作；從而陰極電解 質(zhì)通過管409從陰極電解質(zhì)儲槽202和管408a流向電極204。當(dāng)控制器401檢測到中和事 件(例如開關(guān)411關(guān)閉，異常的壓力、電壓、溫度、或其它指示存在泄漏的信號)，控制器401 則通過接口調(diào)節(jié)器402發(fā)送“中和”信號，以使閥404a處于關(guān)閉狀態(tài)且閥404處于打開狀 態(tài)。這樣允許電池200(1)、200(2)如上所述用化學(xué)方法關(guān)閉；陽極電解質(zhì)從而通過管409 從陽極電解質(zhì)儲槽201和管408流向電極204。如果控制器401稍后發(fā)送另一個“正?！毙?號以使閥404a處于打開狀態(tài)且閥404處于關(guān)閉狀態(tài)，電池的電位則被恢復(fù)；S卩，陰極電解質(zhì) 再次通過管409從陰極電解質(zhì)儲槽202和管408a流向電極204。可關(guān)閉開關(guān)411，例如，以阻止電池200(1)、200(2)在不使用時自放電。當(dāng)電池 200(1),200 (2)如上所述被中和時，這種自放電被阻止，因為反應(yīng)物被移動并被安全貯藏為 遠離反應(yīng)槽。然而，如果為此關(guān)閉開關(guān)411的話，那么，如果電池200 (1) ,200 (2)作為不可中 斷(備用)電源，恢復(fù)電池200(1)、200⑵的電位所需的時間可為不可接受的。在這種情況 下，可期望只中和某些電池200(1)、200(2)并維持其它電池200(1)、200(2)的電位，使得可 用的電位能臨時攜帶必需的負載，并向泵205、206供以動力以恢復(fù)被中和的電池200(1)、200(2)的電位。圖5示出了具有電位中和的流動電解質(zhì)電池200(3)的一種實施方式；電池 200(3)包括泵510以及第一和第二止回閥511和512以選擇性地從陽極電解質(zhì)儲槽201向 電極204提供電解質(zhì)。泵510的規(guī)格為，當(dāng)其開啟時，可使得止回閥511打開且止回閥512 關(guān)閉。如圖所示，泵510僅將電解質(zhì)按501a的方向從陽極電解質(zhì)儲槽201中抽取到電極 204，并且閥511、512僅允許流體在一個方向上流動。在一個示例性的使用方法中，泵510在正常條件下關(guān)閉。當(dāng)泵510關(guān)閉時，來自泵 206的壓力使流體流過閥512并使閥511關(guān)閉。然而，如果使泵510通電，則使得陽極電解 質(zhì)儲槽201中的陽極電解質(zhì)流過閥511和電極204，并使閥512關(guān)閉。因此電池200(3)的 電位可不用除去電荷就達到零。如圖5所示，不管來自電極204的電解質(zhì)是陽極電解質(zhì)還是陰極電解質(zhì)，其都可進 入陰極電解質(zhì)儲槽202。因為這只需很短時間就可完成，所以將(至多)只有少量陽極電解 質(zhì)被送入陰極電解質(zhì)儲槽202中。然而，陽極電解質(zhì)儲槽201和陰極電解質(zhì)儲槽202之間 可包括溢流連接器(未示出)，以防止各儲槽變得過滿。因此，富有溴化物的電解質(zhì)將沉入 儲槽的底部，并且頂層將可與陽極電解質(zhì)相容。因此，儲槽頂部的溢流將不會使富有溴化物 的電解質(zhì)流入陽極電解質(zhì)儲槽201。圖6示出了具有電位中和的流動電解質(zhì)電池200(4)的一種實施方式，電池200 (4) 盡管不具有止回閥512，但可基本起到參照圖5所描述的作用。盡管沒有示出，但圖5中描 述的實施方式也在不具有止回閥511和止回閥512的情況下工作。在去掉閥511和/或 512的情況下，可將管和泵206、510的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)置為使得不存在交叉流動；可選擇性地 使來自儲槽202的陰極電解質(zhì)流過電極204 ；以及可選擇性地使來自儲槽201的陽極電解 質(zhì)流過電極204。圖7示出了用化學(xué)方法選擇性地中和流動電解質(zhì)電池并隨后恢復(fù)其電位的方法 700。在步驟701中，陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)流過電解質(zhì)電池以產(chǎn)生電。在步驟701的實 施例中，如圖2所示，泵205、206抽動陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)，使其通過電極203、204。在 步驟702中，確定中和條件。在步驟702的實施例中，如參照圖4所述，控制器401檢測事 件(例如開關(guān)411由用戶關(guān)閉)和/或異常條件(例如，由壓力傳感器412檢測到的異常 壓力、由電壓表413檢測到的異常電壓、由溫度計414檢測到的異常溫度、和/或由檢漏器 415檢測到的泄漏的指示)。在步驟703中，只有陽極電解質(zhì)流過電池，以中和電池的電位。在步驟703的實施 例中，如圖2所示，閥207、208和泵205共同工作以僅將陽極電解質(zhì)導(dǎo)入電極203、204。如 果閥208基本如參照圖4所述，則控制器401通過接口調(diào)節(jié)器402發(fā)送“中和”信號，以使 閥404a處于關(guān)閉狀態(tài)且閥404處于打開狀態(tài)。另外的實施例已參照圖5、圖6進行過討論， 例如泵510使陽極電解質(zhì)流過電極203、204。在步驟704中，確定需要電位的恢復(fù)正常工作條件。在步驟704的實施例中，控制 器401檢測事件(例如開關(guān)411由用戶打開)和/或正常條件(例如，由壓力傳感器412 檢測到的正常壓力、由電壓表413檢測到的正常電壓、由溫度計414檢測到的正常溫度、和 /或正常條件的另外的指示)。圖8示出了具有電位中和的流動電解質(zhì)電池200(5)的一種實施方式，電池200 (5)包括中性流體儲槽801，其與泵805和閥207、208流體連通。中性流體儲槽801中可容納電 中性流體(例如去除了反應(yīng)物的電解質(zhì))。在鋅溴流體電解質(zhì)電池的情況下，電中性流體的 一個示例是溴被除去的電解質(zhì)。正常工作時，閥208僅允許來自陰極電解質(zhì)儲槽202的陰極電解質(zhì)流過陰極電解 質(zhì)電極204，并且閥207只允許電解質(zhì)經(jīng)過陰極電解質(zhì)電極204進入陰極電解質(zhì)儲槽202。 然而，在中和模式，閥208只允許來自中性流體儲槽801的中性流體流過陰極電解質(zhì)電極 204，并且閥207只允許電解質(zhì)經(jīng)過陰極電解質(zhì)電極204進入中性流體儲槽801。因此在中 和模式，電池200(5)用化學(xué)方法被中和(“關(guān)閉”)。圖8中示出了閥207和208的中和模 式。如果管210沒有裂口并且泵205、206可起作用，當(dāng)閥207和208返回正常位置 時(即，使得陰極電解質(zhì)流過電極204時)，電池200(5)的電位也將還原。也就是說，電池 200(5)的電位可不用除去電荷就達到零，并且?guī)缀醪粨p失存儲的能量就可恢復(fù)原始的電 位。圖9示出了具有電位中和的流動電解質(zhì)電池200(6)的一種實施方式，電池200 (6) 包括閥901，其選擇性地允許從電極204流出的電解質(zhì)流回電極204，而不先進入陰極電解 質(zhì)儲槽202。因為不補充反應(yīng)物，所以這就允許電解質(zhì)中的反應(yīng)物被用盡(或變?yōu)椤半娭?性”)，而幾乎不損失能量。這樣，電極204和電池200(6)在短時間內(nèi)幾乎不損失貯藏的能 量而變?yōu)殡娭行?。圖10示出了用化學(xué)方法選擇性地中和流動電解質(zhì)電池并隨后恢復(fù)其電位的方法 1000。在步驟1001中，陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)流過電解質(zhì)電池以產(chǎn)生電。在步驟1001的 實施例中，如圖8所示，泵205、206抽動陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)，使其流過電極203、204。 在步驟1002中，確定中和條件。在步驟1002的實施例中，如參照圖4所述，控制器401檢 測事件(例如開關(guān)411由用戶關(guān)閉)和/或異常條件(例如，由壓力傳感器412檢測到的 異常壓力、由電壓表413檢測到的異常電壓、由溫度計414檢測到的異常溫度、和/或由檢 漏器415檢測到的泄漏的指示)。在步驟1003中，只有陽極電解質(zhì)和電中性流體流過電池，以中和電池的電位。在 步驟1003的實施例中，如圖8所示，閥207、208和泵805共同工作以僅將電中性流體導(dǎo)入 電極204。另外的實施例已參照圖9進行過討論，例如閥901使從電極204流出的電解質(zhì)流 回電極204，而不先進入陰極電解質(zhì)儲槽202。在步驟1004中，確定需要電位的恢復(fù)正常工作條件。在步驟1004的實施例中，控 制器401檢測事件(例如開關(guān)411由用戶打開)和/或正常條件(例如，由壓力傳感器412 檢測到的正常壓力、由電壓表413檢測到的正常電壓、由溫度計414檢測到的正常溫度、和 /或正常條件的另外的指示)。實驗結(jié)果圖11-15示出了在電池200(1)的電池組(battery stack)上進行的實驗的測試 結(jié)果。除了在浮動(float)之后的恢復(fù)期間的短時間之外，使用ZincFlow 45軟件控制直 流電源對電池組的供電和斷電。測試電池組以13. 5安培的電流充電4. 5個小時。然后使 得陽極電解質(zhì)流過電池組并使得電池組不具有清洗循環(huán)地浮動19個小時。接著，使泵205、 206處于關(guān)閉，向電池組施加電阻負載庫中的不同的負載，直到電池組電壓大幅下降。然后打開陰極電解質(zhì)泵205和陽極電解質(zhì)泵206，并且溴配合物被抽起進入陰極半電池204。電 壓恢復(fù)后，使用ZincFlow 45軟件對電池組進行分解。圖11和12的曲線圖示出了完整的 周期數(shù)據(jù)。圖13示出了對電池組停止充電且陽極電解質(zhì)流動穿過陰極半電池204后的時間 段。流過電池組的過程是1)關(guān)閉陰極電解質(zhì)泵206 ；2)關(guān)閉閥207、208，以隔離陰極電解 質(zhì)儲槽202和泵206 ；3)打開閥207、208，以允許陽極電解質(zhì)流過陰極半電池204并流回陽 極電解質(zhì)儲槽201。該過程將足夠的溴配合物導(dǎo)入陽極電解質(zhì)儲槽201，以為陽極電解質(zhì)著 色。回過頭看，關(guān)閉到陰極電解質(zhì)儲槽202的返回線應(yīng)延遲幾秒，直到看見陽極電解質(zhì)從陰 極半電池204中流出。使陽極電解質(zhì)流動穿過電池組90秒的時間，然后關(guān)閉陽極電解質(zhì)泵 205。停止5分鐘后，重復(fù)這一過程，直到陰極和陽極半儲槽203和204內(nèi)的放電電解質(zhì)成 為同樣的顏色。共需要3X90秒的時間。圖14詳細說明了浮動期間電池組的0CV。圖15詳細說明了浮動之后電池組的恢復(fù)。在浮動結(jié)束時，泵205、206保持關(guān)閉， 向電池組施加電阻庫中的負載，以確定電池組中的殘余功率和能量。因為在陰極204沒有 對消耗的溴的替代，所以電池組電壓很快下降到低于40伏。去掉負載后，電池組電壓回到 大約70伏。仍然關(guān)閉泵205、206，重新給電池組加上負載，隨后打開陰極電解質(zhì)泵和陽極電 解質(zhì)泵206、205，并打開配合物閥。從泵206、206被打開開始，需要大約1分鐘時間使溴配 合物進入陰極半電池204。另外需要3分鐘用于電池組電壓的恢復(fù)。然后去掉電阻負載，并 且電池組重新連接到直流電源，以通過ZincFlow 45軟件對其進行分解。該軟件使得其以 約為1.3千瓦的恒定功率放電放至電壓低于53伏。然后該軟件轉(zhuǎn)為恒定電壓放電放至電 流為4安培。然后電壓和電流都允許衰減。本領(lǐng)域技術(shù)人員可認識到，本文公開的具體實施方式
的變體是可預(yù)期的，且本文 說明的測試結(jié)果并不作為限制。本說明書不應(yīng)受到上述實施方式或測試結(jié)果的限制，而應(yīng) 由權(quán)利要求衡量。
權(quán)利要求
一種流動電解質(zhì)電池，包括由薄膜隔開的第一和第二電極；以及第一和第二流量閥，其與所述第二電極流體連通；所述電池包括正常工作模式和中和工作模式，所述中和工作模式響應(yīng)于中和事件而被觸發(fā)，所述中和事件選自由以下事件組成的組異常的電池電壓、異常的電池溫度、異常的電池壓力、電池泄漏、所述電池的未使用時間、以及所述電池外部環(huán)境中的火災(zāi)；其中，在所述正常工作模式和所述中和工作模式下，陽極電解質(zhì)流過所述第一電極；其中，在所述正常工作模式下，所述第一和第二流量閥允許陰極電解質(zhì)流過所述第二電極；并且其中，在所述中和工作模式下，所述第一和第二流量閥允許陽極電解質(zhì)流過所述第二電極，從而用化學(xué)方法中和所述電池。
2.如權(quán)利要求1所述的電池，進一步包括泵，所述泵與所述流量閥中的至少一個流體 連通，從而在所述正常工作模式期間，使陰極電解質(zhì)從陰極電解質(zhì)儲槽流向所述第二電極。
3.如權(quán)利要求1所述的電池，進一步包括泵，所述泵與所述第一電極和所述流量閥中 的至少一個流體連通，在所述正常工作模式期間，所述泵使陽極電解質(zhì)從陽極電解質(zhì)儲槽 流向所述第一電極，在所述中和工作模式期間，所述泵使陽極電解質(zhì)從所述陽極電解質(zhì)儲 槽流向所述第一和第二電極。
4.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述流量閥中的至少一個包括控制器，與接口調(diào)節(jié)器進行數(shù)據(jù)通信；以及第一和第二驅(qū)動器，與所述接口調(diào)節(jié)器進行數(shù)據(jù)通信，所述第一驅(qū)動器控制所述第一 流量閥，用于選擇性地允許所述陽極電解質(zhì)到達所述第二電極，所述第二驅(qū)動器控制所述 第二流量閥，用于選擇性地允許所述陰極電解質(zhì)到達所述第二電極。
5.如權(quán)利要求4所述的電池，其中，所述接口調(diào)節(jié)器通過向所述第一和第二驅(qū)動器提 供電信號而與所述第一和第二驅(qū)動器通信。
6.如權(quán)利要求1所述的電池，進一步包括與控制器進行數(shù)據(jù)通信的一個或多個傳感 器，用于檢測代表所述中和事件的異常條件。
7.如權(quán)利要求1所述的電池，進一步包括用戶啟動開關(guān)，所述用戶啟動開關(guān)與控制器 進行通信，以允許用戶啟動所述中和事件。
8.如權(quán)利要求1所述的電池，其中在所述正常工作模式下，所述第一流量閥是關(guān)閉的，所述第二流量閥是打開的；并且在所述中和工作模式下，所述第一流量閥是打開的，所述第二流量閥是關(guān)閉的。
9.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述第一流量閥選擇性地允許陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)中的一種流向所述第二電極;并且所述第二流量閥選擇性地允許流體從所述第二電極流向陽極電解質(zhì)儲槽和陰極電解 質(zhì)儲槽的一個。
10.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述第一和第二流量閥包括單個單向止回閥。
11.一種流動電解質(zhì)電池，其具有用化學(xué)方法選擇性中和的電位，所述電池包括由薄膜隔開的第一和第二電極；陽極電解質(zhì)儲槽，用于貯藏陽極電解質(zhì)；第一泵，用于選擇性地使所述陽極電解質(zhì)從所述陽極電解質(zhì)儲槽流過所述第一電極； 陰極電解質(zhì)儲槽，用于貯藏陰極電解質(zhì)；第二泵，用于在所述電池的正常工作期間選擇性地使所述陰極電解質(zhì)從所述陰極電解 質(zhì)儲槽流過所述第二電極；以及用于響應(yīng)于信號而選擇性地僅使陽極電解質(zhì)從所述陽極電解質(zhì)儲槽流過所述第二電 極以中和所述電池的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的電池，其中，用于選擇性地流動的所述裝置包括第三泵。
13.如權(quán)利要求11所述的電池，其中，用于選擇性地流動的所述裝置包括 所述第一泵；以及管，其使所述陽極電解質(zhì)儲槽與所述第一泵連接，并且將所述第一泵連接至所述第二 電極。
14.如權(quán)利要求11所述的電池，進一步包括管，用于 將所述陽極電解質(zhì)儲槽連接至所述第一泵； 將所述第一泵連接至所述第一電極；將所述第一電極連接至所述陽極電解質(zhì)儲槽； 將所述陰極電解質(zhì)儲槽連接至所述第二泵； 將所述第二泵連接至所述第二電極； 將所述第二電極連接至所述陰極電解質(zhì)儲槽； 將所述陽極電解質(zhì)儲槽連接至第三泵；以及 將所述第三泵連接至所述第二電極。
15.如權(quán)利要求14所述的電池，進一步包括第一止回閥，所述第一止回閥與將所述第 三泵連接至所述第二電極的所述管連通，以選擇性地阻止陽極電解質(zhì)進入所述第二電極。
16.如權(quán)利要求15所述的電池，進一步包括第二止回閥，所述第二止回閥與將所述第 二泵連接至所述第二電極的所述管連通，以選擇性地阻止陰極電解質(zhì)進入所述第二電極。
17.如權(quán)利要求11所述的電池，進一步包括所述陽極電解質(zhì)儲槽與所述陰極電解質(zhì)儲 槽之間的溢流連接器。
18.一種用化學(xué)方法選擇性地中和流動電解質(zhì)電池的方法，包括 使陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)流過所述電解質(zhì)電池的電極以產(chǎn)生電；確定中和事件，所述中和事件選自由以下事件組成的組異常的電池電壓、異常電池溫 度、異常的電池壓力、電池泄漏、所述電池的未使用時間、以及所述電池外部環(huán)境中的火災(zāi)； 以及使僅陽極電解質(zhì)流過所述電極以中和所述電池的電位。
19.一種選擇性地恢復(fù)流動電解質(zhì)電池的電位的方法，包括 確定所述電池是否應(yīng)具有電位；抑制陽極電解質(zhì)流過所述電池的一個電極；以及 使陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)流過所述電池以產(chǎn)生所述電位。
20.一種流動電解質(zhì)電池，包括由薄膜隔開的第一和第二電極；以及第一和第二流量閥，其與所述第二電極流體連通；所述電池包括正常工作模式和中和 工作模式，所述中和工作模式響應(yīng)于中和事件而被觸發(fā)，所述中和事件選自由以下事件組 成的組異常的電池電壓、異常的電池溫度、異常的電池壓力、電池泄漏、所述電池的未使用 時間、以及所述電池外部環(huán)境中的火災(zāi)；其中，在所述正常工作模式和中和工作模式下，陽極電解質(zhì)流過所述第一電極；其中，在所述正常工作模式下，所述第一和第二流量閥允許陰極電解質(zhì)流過所述第二 電極；并且其中，在所述中和工作模式下，所述第一和第二流量閥允許電中性流體流過所述第二 電極，從而用化學(xué)方法中和所述電池。
21.一種用化學(xué)方法選擇性地中和流動電解質(zhì)電池的方法，包括使陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)流過所述電解質(zhì)電池的電極以產(chǎn)生電；確定中和事件，所述中和事件選自由以下事件組成的組異常的電池電壓、異常電池溫 度、異常的電池壓力、電池泄漏、所述電池的未使用時間、以及所述電池外部環(huán)境中的火災(zāi)； 以及使僅陽極電解質(zhì)和電中性流體流過所述電極以中和所述電池的電位。
22.一種選擇性地恢復(fù)流動電解質(zhì)電池的電位的方法，包括確定所述電池是否應(yīng)具有電位；抑制電中性流體流過所述電池的一個電極；以及使陽極電解質(zhì)和陰極電解質(zhì)流過所述電池以產(chǎn)生所述電位。
全文摘要
本文公開了能用化學(xué)方法選擇性中和的流動電解質(zhì)電池；用化學(xué)方法選擇性中和流動電解質(zhì)電池的方法；以及選擇性恢復(fù)流動電解質(zhì)電池的電位的方法。
文檔編號H01M8/18GK101976739SQ20101027476
公開日2011年2月16日 申請日期2006年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者丹尼斯·達西, 加里·科萊洛 申請人:優(yōu)質(zhì)動力公司