(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローバッテリにおける電解質の分配を決定する方法であって、
（ａ）一般的な電気化学的活性種を有する一定量の電解液であって、前記電解液の一部がアノライトとしての役割を持ち、前記電解液の残部がカソライトとしての役割を持つ、一定量の電解液をフローバッテリに供給し、
（ｂ）前記アノライト及び前記カソライトにおける前記一般的な電気化学的活性種の平均酸化状態を決定し、
（ｃ）前記決定された平均酸化状態に応じて、前記アノライト及び前記カソライト間の前記一般的な電気化学的活性種のモル比を、前記決定された平均酸化状態のための前記フローバッテリのエネルギー放電能力を増加させるように調整する、
ことを含み、
前記フローバッテリの外部環境気温が規定された閾値を下回るのに応じて前記モル比を調整することをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記アノライト及び前記カソライトが、前記アノライト及び前記カソライトの等しいモル比に対して完全に均衡した平均酸化状態を画定し、前記決定された平均酸化状態が、前記完全に均衡した平均酸化状態とは異なることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記モル比がＮ-／（Ｎ-＋Ｎ+）によって表され、Ｎ-が前記アノライトにおける前記一般的な電気化学的活性種のモルであり、Ｎ+が前記カソライトにおける前記一般的な電気化学的活性種のモルであり、前記調整されたモル比が０．５よりも小さいかまたは大きいことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記モル比の前記調整が、前記フローバッテリにおける前記アノライト及び前記カソライトの等しくない体積へ調整することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｂ）が、前記アノライト及び前記カソライトの１００％の充電状態において行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｃ）が、前記フローバッテリの前記増加したエネルギー放電能力が前記アノライト及び前記カソライトの等しいモル比に対する前記完全に均衡した平均酸化状態における前記フローバッテリの完全なエネルギー放電能力よりも小さくなるように、前記モル比を調整することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｃ）が、前記アノライト及び前記カソライトを一緒に部分的に混合することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記モル比が混合前のモル比から変わるように、５０ｖｏｌ％よりも少ない前記アノライトを前記カソライトと混合し、その後５０ｖｏｌ％よりも少ない前記カソライトを前記アノライトと混合することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記一般的な電気化学的活性元素種が、バナジウム、鉄、及びクロムからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｂ）が、前記アノライト及び前記カソライトにおける前記一般的な電気化学的活性元素種の異なる酸化状態の濃度から前記平均酸化状態を直接決定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｂ）が、前記一般的な電気化学的活性元素種の総モル量によって割られた前記アノライト及び前記カソライトにおける前記一般的な電気化学的活性元素種の異なる酸化状態のモル濃度の関数として前記平均酸化状態を決定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｂ）が、前記アノライト及び前記カソライトの体積及び前記アノライト及び前記カソライトにおける前記一般的な電気化学的活性種の異なる酸化状態の濃度を表す測定値を収集することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定値が、光学測定値、伝導率測定値、密度測定値、粘度測定値、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アノライト及び前記カソライトのうちの１つにおける前記一般的な電気化学的活性種の濃度が規定された閾値を超えるのに応じて前記モル比を調整することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップ（ｃ）が、混合される体積が前記フローバッテリの外部環境気温に対して反比例するように、前記フローバッテリの外部環境気温の関数として前記アノライト及び前記カソライトを一緒に部分的に混合することにより前記モル比を調整することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
与えられたアノライト濃度および電解質の平均酸化状態に対してアノライトの体積比を所定のチャートに従って選択することによって、前記アノライトの体積比を調整することをさらに含み、前記所定のチャートでは、一対のアノライト濃度と電解質の平均酸化状態がアノライトの体積比に対応付けられていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記フローバッテリが少なくとも１つの電気化学的セルの外部にある供給／貯蔵システムを含み、前記供給／貯蔵システムが少なくとも１つの電気化学的セルと流体的に接続する第１及び第２の容器を含み、前記第１及び第２の容器がそれぞれ所定の体積を有し、前記所定の体積の少なくとも一方が、少なくとも部分的に前記フローバッテリの充電状態の範囲に従って、選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記フローバッテリの充電状態の範囲が、１００％充電よりも少ない第１の値から０％放電よりも多い第２の値の間であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記フローバッテリの充電状態の範囲が、８０％充電から２０％放電の間であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローバッテリにおける電解質の分配を決定する方法に関する。
【０００２】
［政府支援に関する声明］
本発明は、米国エネルギー省に認められたＤＥ−ＡＲ００００１４９政府支援契約で成された。政府は本発明において特定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
フローバッテリは、電気エネルギーを化学エネルギーへと変換することで、化学エネルギーを蓄えておくことができ、後で必要な時に放出できるよう設計されたレドックスフローバッテリまたはレドックスフローセルとして知られる。例えば、フローバッテリは風力発電システムといったような、消費者需要を超えるエネルギーを蓄え、さらなる必要がある時に後からそのエネルギーを放出するための再生可能エネルギーシステムで用いられてもよい。
【０００４】
典型的なフローバッテリは、イオン交換膜といったセパレータを含むことができる電解質層で分けられた負極及び正極を有するレドックスフローセルを含む。負電解液（アノライト（ａｎｏｌｙｔｅ）と呼ばれる場合がある）は、負極へ送られ、正電解液（カソライト（ｃａｔｈｏｌｙｔｅ）と呼ばれる場合がある）は、正極へ送られ、可逆的電気化学的酸化還元反応が進行する。
【０００５】
充電時には、フローバッテリへと供給された電気エネルギーが１つの電解質に化学的還元反応を引き起こし、他方の電解質に酸化反応を引き起こす。セパレータは、電解質が自由に、かつ急激に混合することを防ぎながら選択したイオンを通過させ、酸化還元反応を完了させる。放電時には、液体電解質に含まれる化学エネルギーを逆反応で放出し、電気エネルギーを電極から引き出すことができる。フローバッテリは、複数の可逆的酸化状態を有し、全てが選択された溶液に溶け込んでいるかまたは溶け込むことが可能である元素のイオンを含む、外部から供給された電解液溶剤を用いることで、とりわけ他の電気化学的装置と区別される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
フローバッテリにおける電解質の分配を決定する方法を開示する。フローバッテリは、一般的な電気化学的活性種を有する一定量の電解液が供給される。電解液の一部はアノライトとしての役割を持ち、電解液の残部はカソライトとしての役割を持つ。アノライト及びカソライトにおける一般的な電気化学的活性種の平均酸化状態が決定される。決定された平均酸化状態に応じて、アノライト及びカソライト間の一般的な電気化学的活性種のモル比を、決定された平均酸化状態のためのフローバッテリのエネルギー放電能力を増加させるように調整できる。
【０００７】
本開示の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な記述から当業者に明らかとなるであろう。詳細な記述に添付の図面は、以下のとおり簡単に記述できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】フローバッテリの実施例を説明する図である。
【図２】フローバッテリにおける電解質の分配を決定する実施例の方法の図である。
【図３】サイクル時間に対する電解質濃度のグラフである。
【図４】エネルギー損失に対するカソライト濃度割合のグラフである。
【図５】アノライト容器の体積割合を示す平均酸化状態に対するアノライト濃度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、電気エネルギーを選択的に貯蔵及び放電するためのフローバッテリ２０の実施例の一部を概略的に示す。実施例では、フローバッテリ２０は、再生可能エネルギーシステムで生成された電気エネルギーを化学エネルギーへと変換するために用いられる。後からさらなる必要がある時まで貯蔵され、フローバッテリ２０がその後化学エネルギーを電気エネルギーへと変換する。フローバッテリ２０は、電気エネルギーを例えば電力系統に供給することができる。
【００１０】
フローバッテリ２０は、可逆的酸化還元反応を受ける電気化学的活性種２４を有する電解液２２（例えば第１のイオン伝導性流体）を含む。電解液２２は、電気化学的活性種２８を有する追加の電解液２６（例えば第２のイオン伝導性流体）に対する酸化還元対において機能する。一定量の電解液２２／２６がフローバッテリにおいて用いられる。
【００１１】
電気化学的活性種２４／２８は、限定はされないが硫酸水溶液といったような、選択された溶液において複数の可逆的酸化状態を有する元素のイオンを含む。いくつかの実施例では、複数の酸化状態は、限定はされないがバナジウム、鉄、マンガン、クロム、亜鉛、モリブデン及びこれらの組み合わせ等を含む遷移金属のため、及び限定はされないが硫黄、セリウム、鉛、スズ、チタン、ゲルマニウム及びこれらの組み合わせ等を含む他の元素のための非ゼロの酸化状態である。いくつかの実施例では、複数の酸化状態は、元素がゼロ酸化状態で選択された溶液において易溶性である場合、ゼロ酸化状態を含むことができる。そういった元素は、臭素、塩素、及びこれらの組み合わせ等のハロゲン元素を含むことができる。
【００１２】
第１の電解液２２（例えば負の電解質またはアノライト）及び第２の電解液２６（例えば正の電解質またはカソライト）は、第１及び第２の容器３２／３４及びポンプ３５を含む供給／貯蔵システム３０に格納される。さらに、本明細書の実施例は２つのイオン伝導性電解液２２／２６を用いるとして記述されるかまたは用いるように意味しているが、実施例はイオン伝導性電解液２２及び非イオン伝導性電解液の利用に同様に準用され得ることは理解されよう。
【００１３】
電解液２２／２６は、ポンプ３５を用いてフローバッテリ２０の電気化学的活性セル３６（１つの代表セルが図示される）のセルスタック３６Ａへとそれぞれの供給ライン３８を通じて第１及び第２の容器３２／３４から送られる。電解液２２／２６は、セルスタック３６Ａから容器３２／３４へ戻りライン４０を介して戻される。供給ライン３８及び戻りライン４０は、セルスタック３６Ａの電気化学的活性セル３６で容器３２／３４と相互連結している。
【００１４】
電気化学的活性セル３６はそれぞれ、第１の電極４２、第１の電極４２から離隔した第２の電極４４、及び第１の電極４２と第２の電極４４の間に配置された電解質セパレータ層４６を含む。例えば、電極４２／４４は、カーボン紙またはフェルト等の多孔質カーボン構造である。電気化学的活性セル３６は同様に、電解液２２／２６を電極４２／４４に届けるためのマニホールドプレート、マニホールド及び同類のものを含む。しかしながら、他の構成も用いられ得ることは理解されよう。例えば、電気化学的活性セル３６は、電解液２２／２６が隣接する流れ場チャンネルを用いることなく電極４２／４４を通じて直接汲み上げられるフロースルー動作のためにあるいは構成できる。
【００１５】
電解質セパレータ層４６は、電極４２／４４を電気的に隔離すると同時に、電解液２２／２６が自由に、かつ急激に混合することを防ぎながら選択したイオンを通過させるイオン交換膜、不活性微多孔ポリマー膜、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）といった素材の電気絶縁微多孔マトリックスであってもよい。その際、電解液２２／２６は、充電状態、放電状態及びシャットダウン状態といった通常動作の間、互いに実質的に隔離されている。
【００１６】
電解液２２／２６は、電気化学的活性セル３６に送られた電気エネルギーを化学エネルギーへと変換するか、または逆反応においては、化学エネルギーを放電可能な電気エネルギーへと変換する。電気エネルギーは、電極４２／４４と電気的に連結する電気回路４８を通じて電気化学的活性セル３６と送受される。
【００１７】
与えられたフローバッテリ２０のためのエネルギー放電能力及び一定量のアノライト／カソライトは、様々な要因により時間と共に減少し得る。１つの要因は、体積比における変化及び／またはアノライト容器及びカソライト容器３２／３４間の活性種濃度における違いをもたらす、クロスオーバー（同様に図３を参照）と呼ばれる電解質セパレータ層４６にわたる電気化学的活性種２４／２８及び／または支持電解質の総輸送量である。他の要因は、フローバッテリ２０内で発生する副反応である。電気化学的活性種２４／２８の平均酸化状態は、限定はされないが水素放出及び種の酸化を含むこれらの副反応により時間と共に変化し得る。純然たるままである場合、いずれのプロセスも最大エネルギー能力を達成するための電解質２２／２６の最適な体積分配を変更し、フローバッテリ寿命をかなり削減し得る。時間と共に推移する活性種濃度の傾向は、電解液２２／２６を部分的または完全に混合すること及びその後それらをフローバッテリ容器３２／３４へと適切に再分配することによって逆転させることができる。例えば、完全な混合が行われる場合、各タンクは各容器３２／３４内の活性種のモルを均衡させるために同じ体積の電解質を受けることになる。平均酸化状態の逆転はしかしながら、化学的処理または補助の電気化学的プロセスによってのみ実行可能である。平均酸化状態が推移するかまたは混合が２つの電解液２２／２６の濃度差が残るような不完全なものだった場合、同じ体積の電解液２２／２６を用いることは最適なエネルギー能力を供給しない場合がある。言い換えれば、与えられた平均酸化状態及び容器３２／３４間の活性種濃度比のための最大値に向かってエネルギー放電能力を増加させる異なる体積比の電解液２２／２６がある。
【００１８】
平均酸化状態における前述の推移の点から、図２は与えられた一定量の電解液２２／２６のためのフローバッテリ２０内の電解液２２／２６の適切な分配を決定する実施例の方法６０を示す。この実施例では、方法６０は、決定ステップ６２及び調整ステップ６４を含む。決定ステップ６２において、一般的な電気化学的活性種の平均酸化状態は、第１及び第２の電解液２２／２６において決定される。決定された平均酸化状態に応じて、第１及び第２の電解液２２／２６間の一般的な電気化学的活性種２４／２８のモル比は決定された平均酸化状態のためのフローバッテリ２０のエネルギー放電能力を増加させるよう調整される。各容器３２／３４内の活性種の濃度はその後、モル比を体積比へ変換するために用いられる。同じ濃度の場合、モル比は体積比に等しい。
【００１９】
バナジウムをベースとした１つの実施例では、完全に均衡した平均酸化状態は、電気化学的活性種２４／２８としてＶ2+／Ｖ3+及びＶ4+／Ｖ5+（これらはＶ（ｉｉ）／Ｖ（ｉｉｉ）及びＶ（ｉｖ）／Ｖ（ｖ）とも同様に表されるが、酸化状態が４及び５のバナジウム種の原子価は必ずしも４＋及び５＋ではない）を用いた場合、＋３．５である。例えば、電解質溶液が硫酸水溶液である場合、Ｖ（ｉｖ）／Ｖ（ｖ）種はそれぞれＶＯ2+及びＶＯ2+として表される。
【００２０】
電気化学的活性種２４／２８の平均酸化状態は、直接的または間接的のいずれにおいても決定することができる。直接的に決定される場合、平均酸化状態は、電気化学的活性種２４／２８の異なる酸化状態のモル濃度の測定値から決定することができる。一般的な電気化学的活性種２４／２８としてバナジウムをベースとした１つの実施例では、酸化状態はＶ2+／Ｖ3+及びＶ4+／Ｖ5+を含む。さらなる一実施例では、電気化学的活性種２４／２８の異なる酸化状態のモル濃度は、容器３２／３４の一方または両方における電気化学的活性種２４／２８のモル濃度測定値を収集する光学検知装置を用いて得ることができる。例えば、光学検知装置は光吸収を利用してモル濃度を検知する。一度モル濃度が得られると、平均酸化状態は、電気化学的活性種２４／２８の総モル量で割ったモル濃度の関数として決定することができる。バナジウムをベースとしたさらなる一実施例では、平均酸化状態は、式Ｉに従って決定することができる。
【００２１】
【数１】
0006271742.tif 000002
【００２２】
式Ｉでは、
【００２３】
【数２】
0006271742.tif 000003
【００２４】
は平均酸化状態を表し、ｃ2+はＶ（ｉｉ）の濃度を表し、ｃ3+はＶ（ｉｉｉ）の濃度を表し、ｃ4+はＶ（ｉｖ）の濃度を表し、ｃ5+はＶ（ｖ）の濃度を表し、かつＮT,0は電気化学的活性種２４／２８の総モル量を表す。同様に、平均酸化状態は、鉄またはクロムまたは他の一般的な種をベースとした電気化学的活性種についても決定できる。
【００２５】
平均酸化状態は、限定はされないがポテンショスタット滴定といった他の分析方法を用いて異なる酸化状態の濃度を直接測定することで代替的に決定できるが、滴定技術は実時間測定ではないので、潜在的なタイムラグが発生し得る。
【００２６】
平均酸化状態を直接決定することの代わりに、または追加として、平均酸化状態は電解液２２／２６の他の属性から間接的に決定できる。例えば、測定値は電解液２２／２６の伝導率、密度、粘度、またはこれらの組み合わせについて収集することができる。伝導率、密度及び／または粘度は、電気化学的活性種２４／２８の平均酸化状態と実験的に相互関連付けできる。さらに、エネルギー能力またはセルスタック抵抗といった使用中における、初期値に対する鍵となるバッテリ性能決定基準の変更は、平均原子価と相互関連付けできる。よって、これらの間接測定値は、平均酸化状態を決定するため、または代替的に直接測定値を検証するために同様に用いることができる。
【００２７】
一度平均酸化状態が決定されると、方法６０のステップ６４に従ってモル分率比を調整できる。実施例として、負の活性種における最適なモル分率Ｒは、式ＩＩによって表される。
【００２８】
【数３】
0006271742.tif 000004
【００２９】
式ＩＩでは、Ｎ-はアノライトにおける一般的な電気化学的活性種のモルであり、Ｎ+はカソライトにおける一般的な電気化学的活性種のモルであり、
【００３０】
【数４】
0006271742.tif 000005
【００３１】
は式Ｉを用いて決定された平均酸化状態である。モル分率はその後、各容器内の活性種の総濃度を知ることまたは推定することで体積分率へと変換する。
【００３２】
以下の表１は、電解質活性種分配が、電解質２２／２６の完全に均衡したモル比及び完全に均衡した平均酸化状態に基づく理論的な最大能力に対して高い放電能力または低い放電能力をいかに供給するかの実施例を示す。実施例は一般的な電気化学的活性種としてバナジウム利用をベースとしているが、本明細書の実施例は他の電気化学的活性種に同様に適用できることは理解されよう。
【００３３】
表において、
【００３４】
【数５】
0006271742.tif 000006
【００３５】
は平均酸化状態であり、Ｎ-／ＮTはアノライトのモル分率であり、「ｖ−」及び「ｖ＋」はそれぞれ各電解質２２／２６の平均酸化状態であり、Ｑ／Ｑmaxは相対的エネルギー放電能力であり、「Ｂｅｓｔ」は式ＩＩを用いて与えられた平均酸化状態のための理論的に一番高い相対的エネルギー放電能力を供給する理論的に最適なモル比である。
【００３６】
表１に見ることができるように、平均酸化状態が３．７である２つの行の比較によって、０．５のＮ-のモル分率は０．６の相対的エネルギー放電能力を得ることが予測される。しかしながら、０．４３のより低いモル分率は、０．８６のより高い相対的エネルギー放電能力を得ることが予測される。よって、３．７の平均酸化状態について、量を同じ（０．５分率）にするための電解質２２／２６のモルの再均衡は、最大の相対的エネルギー放電能力を供給しない。よって、方法６０に従って、増加した相対的エネルギー放電能力を得るために、モル比は調整（すなわち等しくない体積に）できる。上記の実施例では、式ＩＩを用いたＱmaxの決定は、動作中にバッテリが電解液２２／２６の１００％の充電状態を受けることを仮定する。
【００３７】
【表１】
0006271742.tif 000007
【００３８】
さらに、フローバッテリ２０における電解質分配手法は、他の動作パラメータ及びフローバッテリ２０の特性に沿った実際の充電状態範囲に基づき決定される。例えば、フローバッテリ２０における電解質２２／２６の分配手法の基準値は、１００％の充電状態が完全充電時のアノライト及びカソライトに達することを仮定する。しかしながら、限定はされないが、充電及び放電におけるセル電圧制限、最大ポンプ流量、最小往復エネルギー効率、及び電極腐食を引き起こす条件といった実際の制限または望ましい動作要件は、充電及び放電における充電状態の実際の範囲または利用可能範囲を制限できる。よって、場合によっては、１００％の充電状態に達成したとの仮定に基づいて電解質２２／２６の体積またはモルを調整することは、実用的ではなく、実際には１００％の充電状態に達することがないため非効率的な体積または比を引き起こす場合がある。実施例では、「完全」充電時に充電状態が１００％より少なく、かつ「完全」放電時に０％より多い（例えば８０％〜２０％）場合には、電解質２２／２６のうち１つのアノライトの体積比は図５に示されるチャートに従って選択できる。この実施例では、チャートは１．５Ｍの初期平均濃度を仮定する。よって、与えられたアノライト濃度及び電解質２２／２６の平均酸化状態のために利用できるアノライトの選択された体積百分率がある。例えば、１．３５のアノライト濃度及び３．５５の平均酸化状態は、５４％帯の近くまで落ちる場合があり、電解質２２／２６の全体積の５４％がアノライト容器３２内にあるように体積比が選択されるべきことを示す。
【００３９】
図３は、フローバッテリサイクル時間に対する電解質濃度のグラフを示す。グラフでは、線Ａはアノライトにおける電解質濃度を表し、線Ｂはカソライトにおける電解質濃度を表す。示されるように、アノライトにおける濃度は一般的に時間と共に減少し、一方でカソライトにおける濃度は時間と共に増加する。これは、セル膜を通じて時間と共に活性電解質種及び支持電解質の移動における充電／放電サイクルの数が増加するにつれての正味の効果を表す。
【００４０】
体積比の調節は、電解質２２／２６の部分的な混合を同様に伴うことができる。部分的混合は、二重目的を担うことができ、エネルギー放電能力を増加させ、さらにクロスオーバーから２つの電解質２２／２６内のバナジウム濃度を再均等化するために各容器３２／３４のモル体積またはモル数の調整を含む。これは同様に、電気化学的活性種が沈殿するのを防ぎ、かつアノライトの希薄化によって効率損失を制限するための役割を果たしてもよい。
【００４１】
さらに、活性種濃度の再均等化のタイミング及び割合は、図４に表されるように、カソライトの濃度における減少割合を増加させるかまたは最大化する一方で、電解質２２／２６の混合からのエネルギー損失を削減するかまたは最小限にさえするために事前に決定できる。実施例として、図４のグラフは混合前の異なるカソライト濃度のための混合割合と共に変化するバナジウム濃度を示す。最大傾斜の一番上の線は、電解質２２／２６のより高いエネルギー効率再均衡を示す。これは、カソライト濃度が可能な限り高くなる時、電解質２２／２６間の再均衡または混合がより高いエネルギー効率になることを示す。さらに、混合の割合とエネルギー損失の間の線形に近い関係は、大きな割合対小さい割合における混合への内在的効率利得がないことを示す。
【００４２】
１つの実施例では、クロスオーバー効果に反する決定、混合のタイミング及び割合はカソライト濃度に基づく特定の実際状態で及び／または効率に影響を与える他の状態またはシステム実行特性で実装できる。例えば、電解質２２／２６のうちの１つにおける電気化学的活性種２４／２８の濃度が規定された閾値を超える場合にのみ調整が行われる。混合割合は、再均衡がより頻繁に発生するように少ない割合でもよいし、再均衡がより頻繁でなく発生するようにより大きな割合でもよいが、それというのもこのパラメータは効率に直接影響を与えないからである。フローバッテリの他の要因及び実行特性を、混合のタイミング及び割合の決定において考慮すべきである。
【００４３】
規定された閾値を用いることに代わって、または追加して、調整はフローバッテリ２０の周りの外環境気温により調節できる。例えば、充電された電解質２２／２６の部分混合は、周囲環境との積極的な熱交換を通じてカットされるべき電解質への熱放出をもたらす。よって、周囲環境に廃熱するフローバッテリ２０の能力は、周囲気温が高い時に削減される。比較的に周囲気温が低い日／時間を選択することで、周囲空気に熱損失を逃がすフローバッテリ廃熱システムのより高い能力が得られ、よって全混合過程がより効率的なものになる。電解質温度が比較的に低い時には混合後にシステムを積極的に冷却する必要のないように、混合は同様に実行できる。
【００４４】
さらに、電解質２２／２６におけるＶ+5及びＶ+2の完全変換を防ぐために、混合される電解質２２／２６の程度または量を制限できる。これは充電中に汚染物質種の高い過電圧及び潜在的沈殿による比較的大きいエネルギー損失を防ぐ。１つの実施例では、電解質２２／２６の部分混合は、２つの異なる技術のうちの１つに従って行われる。第１の技術では、前述のようにモル数の均衡のために、アノライトの一部または分割量をカソライトへと移動させ、次いでカソライトの異なるサイズの一部または分割量をアノライトへと移動させる。第２の技術では、電解質の一部または分割量を、容器３２／３４間で同時に移動させる。
【００４５】
さらに、電気化学的活性種のクロスオーバーがアノライトからカソライトへ一般的に起こるので、カソライト濃度は時間と共に増加し、一方でアノライト濃度は時間と共に減少する。よって、アノライトに必要な体積は、カソライトに必要な体積よりも大きくなる。容器３２／３４に関して、これらの容器３２／３４の体積的サイズは、フローバッテリ２０の充電状態の範囲に従って少なくとも部分的に選択できる。８０％〜２０％の範囲に基づく図５に対して前述された実施例では、体積のアノライト割合は６４％にまで及ぶことができる。よって、容器３２／３４の体積的サイズが決定される時、より大きな容器がアノライト用には供給されるべきであるかまたは、容器が同じサイズである場合にはサイズは用いられるアノライトの最大量を仮定して選択されるべきである。他の要因または変数は同様に、電気化学的活性種のために選択された種、最小及び最大ポンプ流量、望ましい効率、動電学、種の溶解性等といったタンクサイズ及び体積比の決定にかかわってもよい。
【００４６】
特徴の組み合わせが図示された実施例に示されるが、本開示の様々な実施例の利点を実現するために必ずしもそれらの全てを組み合わせる必要はない。言い換えれば、本開示の実施例に従って設計されたシステムは、図の任意の１つに示された全ての特徴または図に概略的に示された全ての部位を必ずしも含むわけではない。さらに、１つの例示的実施例の選択された特徴は、他の例示的実施例の選択された特徴と組み合わせてもよい。
【００４７】
上記の記述は実質的に限定するものではなく例示に過ぎない。開示された実施例への変形及び修正は、本開示の本質を必ずしも逸脱しない同業者に明らかとなるであろう。本開示に付与される法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定される。
【図１】
0006271742.tif 000008
【図２】
0006271742.tif 000009
【図３】
0006271742.tif 000010
【図４】
0006271742.tif 000011
【図５】
0006271742.tif 000012