(57)【要約】【課題】フロー電池及びこれに関連する電気化学システムの作動中、１つ以上の電解液内には固体が形成されることがある。この固体は、時間経過と共に、蓄積し、流路及びその他種々のフロー電池のコンポーネントの健全性を損なわせ得る。【解決手段】内部の固体を低減するように構成されたフロー電池は、ラメラクラリファイヤなどの自律型固体分離器を含んでよい。このフロー電池は、第１の電解液を含有する第１の半電池、第２の電解液を含有する第２の半電池、第１の電解液を第１の半電池を通過させて循環させるように構成された第１のフローループ、第２の電解液を第２の半電池を通過させて循環させるように構成された第２のフローループ並びに第１の半電池及び第２の半電池の少なくとも一方に流体連通する少なくとも１つのラメラクラリファイヤを含んでよい。場合によっては、ハイドロサイクロンがラメラクラリファイヤに代えて用いられ得る。【選択図】図１
2018529189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロー電池であって、
第１の電解液を含有する第１の半電池と、
第２の電解液を含有する第２の半電池と、
前記第１の電解液を、前記第１の半電池を通過させて循環させるように構成された第１のフローループと、
前記第２の電解液を、前記第２の半電池を通過させて循環させるように構成された第２のフローループと、
前記第１の半電池及び前記第２の半電池の少なくとも一方に流体連通している少なくとも１つのラメラクラリファイヤと、を含む、フロー電池。
【請求項２】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記第１のフローループ及び前記第２のフローループの少なくとも一方の一部を規定している、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項３】
各フローループは、電解液貯蔵器及びポンプを含む、請求項２に記載のフロー電池。
【請求項４】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記ポンプと、前記第１のフローループの前記第１の半電池への入口位置又は前記第２のフローループの前記第２の半電池への入口位置との間に配置されている、請求項３に記載のフロー電池。
【請求項５】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記電解液貯蔵器と前記ポンプとの間に配置されている、請求項３に記載のフロー電池。
【請求項６】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記電解液貯蔵器内に設けられている、請求項３に記載のフロー電池。
【請求項７】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記電解液貯蔵器と、前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤの流入位置と、前記第１のフローループ又は前記第２のフローループの外部のろ過システムと、前記第１のフローループ又は前記第２のフローループの外部の熱源と、前記第１のフローループ又は前記第２のフローループの外部の沈殿タンクと、これらの任意の組み合わせとからなるグループから選択された少なくとも１つの位置に、固体含有流出物を排出するように構成されている、請求項３に記載のフロー電池。
【請求項８】
前記第１のフローループ又は前記第２のフローループにおいて前記ラメラクラリファイヤをバイパスするように構成された補助ラインを更に含む、請求項２に記載のフロー電池。
【請求項９】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記フロー電池の各半電池に流体連通している、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記第１の半電池内及び前記第２の半電池内の少なくとも一方に配置されている、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項１１】
少なくとも１つのラメラクラリファイヤを、電解液を含有するフロー電池の少なくとも１つの半電池に流体連通させた状態で配置すること、
前記電解液を、前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤ及び前記少なくとも１つの半電池を通過させて循環させること、
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤから固体含有流出物を排出させること、
前記少なくとも１つの半電池から前記固体含有流出物を離すように導くこと、を含む、方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記フロー電池における第１のフローループ及び第２のフローループの少なくとも一方の一部を規定し、前記第１のフローループは、第１の電解液を、第１の半電池を通過させて循環させるように構成されており、前記第２のフローループは、第２の電解液を、第２の半電池を通過させて循環させるように構成されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各フローループは、電解液貯蔵器及びポンプを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記ポンプと、前記第１のフローループの前記第１の半電池への入口位置又は前記第２のフローループの前記第２の半電池への入口位置との間に配置されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記電解液貯蔵器と前記ポンプとの間に配置されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記電解液貯蔵器内に設けられている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記固体含有流出物は、前記電解液貯蔵器と、前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤの流入位置と、前記第１の流体循環ループ及び前記第２の流体循環ループの外部のろ過システムと、前記第１の流体循環ループ及び前記第２の流体循環ループの外部の熱源と、前記第１の流体循環ループ及び前記第２の流体循環ループの外部の沈殿タンクと、これらの任意の組み合わせとからなるグループから選択された少なくとも１つの位置に向かっている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤをバイパスするように前記電解液の少なくとも一部を迂回させることを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記フロー電池の各半電池に流体連通している、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、前記フロー電池の少なくとも負極半電池に流体連通している、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条に基づき、２０１５年８月１９日に出願した米国特許仮出願第６２／２０６，９２０号の優先権の利益を主張するものであり、そのすべての内容は参照することにより本出願に組み込まれる。
【０００２】
連邦政府資金による研究開発に関する記載
該当なし
【０００３】
本開示は、概して、エネルギー貯蔵器に関し、より詳細には、内部に存在する固体に対処するように構成されたフロー電池及びこれに類する電気化学システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
大規模なエネルギー貯蔵用途のために、電池やスーパーキャパシタなどの電気化学エネルギー貯蔵システムが幅広く提案されている。この目的のために、これまでフロー電池などの様々な電池設計が検討されてきた。フロー電池は、電力密度のパラメータとエネルギー密度のパラメータとを互いに切り離すことができるため、他の種類の電気化学エネルギー貯蔵システムと比べて特に大規模用途で有利であり得る。
【０００５】
一般に、フロー電池は、負の活物質と正の活物質とをそれぞれ対応する電解液中に含み、これらの電解液が、負極と正極とを有する電気化学セル内において膜又はセパレータの両側をそれぞれ別々に流れる。フロー電池は、これら２つの半電池内部で起こる活物質の電気化学反応によって充放電される。本明細書において、「活物質（active material）」、「電気活物質（electroactive material）」、「レドックス活物質（redox-active material）」という用語又はこれらの変化形は、フロー電池又はそれに類する電気化学エネルギー貯蔵システムの作動中（すなわち、充放電中）に酸化状態が変化する物質を指す用語として同義的に用いられる。遷移金属及びその配位錯体は、複数の酸化状態をとることができるため、特に望ましい活物質であり得る。
【０００６】
フロー電池は、大規模なエネルギー貯蔵用途に有望ではあるが、エネルギー貯蔵性能（例えば、往復（round trip）エネルギー効率）の不足、短いサイクル寿命及び様々な運用上の課題といった問題に悩まされることが多かった。これまでの多大な研究努力にもかかわらず、商業的価値のあるフロー電池技術は未だ開発されていない。
【０００７】
フロー電池内の固体形成は、固体がフロー電池の様々なコンポーネントに又はコンポーネント内に蓄積して電解液を循環させる能力を損なわせ得るので、特に問題となり得る運用上の課題の１つである。また、フロー電池のセパレータ内の空孔は、固体が循環することによって塞がれることがあり、同様に運用性が損なわれるおそれがある。
【０００８】
フロー電池内の固体形成を引き起こす要因としては、例えば、活物質内の不純物、活物質の濃度が飽和濃度に近付くか又はこれを超えるほど高いこと、化学的又は電気化学的な副反応、不溶性緩衝剤などが挙げられる。多くの場合、固体形成は、バッテリ化学がもたらす避けられない結果となることがある。フロー電池内の固体形成を効果的に低減できなければ、活物質の所望のシステムが使用に耐えられなくなるおそれがある。
【０００９】
フロー電池内の固体の存在に対処するのに用いられている従来のアプローチとしては、例えば、インラインフィルタ（in-line filters）、結晶器（crystallizers）、又は沈殿タンク（settling tanks）が挙げられる。しかしながら、これらのアプローチでは、過度な圧力降下、高い寄生負荷、低速な又は不完全な分離を不要に引き起こすおそれがあった。これらの要因は、一般に望ましいものではなく、フロー電池の最終的な運用性、特に、大規模な運用が損なわれるおそれがある。さらに、フロー電池における固体を低減するための従来のいくつかのアプローチでは、フィルタの清掃又は交換などのシステムメンテナンスのための頻繁な休止時間が必要となるおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のことを考慮すれば、固体の存在を低減するように容易に構成されたフロー電池及びこれに関連する方法は、当該技術分野において非常に望ましいものとなり得る。本開示は、上記のニーズを満たすと共に関連する利点も提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ある実施形態において、本開示は、第１の電解液を含有する第１の半電池と、第２の電解液を含有する第２の半電池と、第１の電解液を、第１の半電池を通過させて循環させるように構成された第１のフローループと、第２の電解液を、第２の半電池を通過させて循環させるように構成された第２のフローループと、第１の半電池及び第２の半電池の少なくとも一方に流体連通している少なくとも１つのラメラクラリファイヤ（lamella clarifier）とを含む、フロー電池を提供する。ある実施形態において、ハイドロサイクロン（hydrocyclone）をラメラクラリファイヤに代えて使用することができる。
【００１２】
ある実施形態において、本開示は、フロー電池における固体を低減する方法を説明している。この方法は、少なくとも１つのラメラクラリファイヤを、電解液を含有するフロー電池の少なくとも１つの半電池と流体連通させた状態で配置すること、電解液を、少なくとも１つのラメラクラリファイヤ及び少なくとも１つの半電池を通過させて循環させること、少なくとも１つのラメラクラリファイヤから固体含有流出物を排出させること、少なくとも１つの半電池から固体含有流出物を離すように導くこと、を含む。ある実施形態において、ハイドロサイクロンをラメラクラリファイヤに代えて使用することができる。
【００１３】
上述の記載は、以下の詳細な説明をより良く理解できるように、本開示の特徴をやや大まかに概説したものである。以下に、本開示のさらなる特徴及び利点を説明する。上記及び上記以外の利点や特徴は、以下の説明からさらに明らかになるであろう。
【００１４】
本開示及びその利点のより完全な理解のために、以下に、本開示の具体的な実施形態を示す添付の図面と併せて読まれるべき説明を記す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】単一の電気化学セルを有する例示的なフロー電池の模式図である。
【図２】例示的なラメラクラリファイヤの模式図である。
【図３】例示的なハイドロサイクロンの模式図である。
【図４】フローループにおいてポンプとフロー電池の半電池との間に配置された自律型固体分離器を有する例示的なフロー電池の模式図である。
【図５】フローループにおいて電解液貯蔵器とポンプとの間に配置された自律型固体分離器を有する例示的なフロー電池の模式図である。
【図６】内部に補助フローラインが設けられた例示的なフロー電池の模式図である。
【図７】自律型固体分離器からの固体含有流出物を種々の手法で処理することのできる例示的なフロー電池構成の模式図である。
【図８】自律型固体分離器からの固体含有流出物を種々の手法で処理することのできる例示的なフロー電池構成の模式図である。
【図９】自律型固体分離器からの固体含有流出物を種々の手法で処理することのできる例示的なフロー電池構成の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示は、その一部では、ラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンなどの自律型固体分離器（autonomous solids separators）を有するフロー電池に関する。本開示は、また、その一部では、ラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンなどの自律型固体分離器を用いてフロー電池から固体を除去する方法に関する。
【００１７】
本開示は、添付の図面及び例に関連付けて以下の記載を参照することによって、さらに容易に理解することができる。添付の図面及び例はいずれも本開示の一部をなす。本開示が本明細書に記載及び／又は図示する具体的な製品、方法、条件又はパラメータには限定さるものではないことが理解されよう。本明細書で用いる用語は、単に一例としての特定の実施形態を説明するためのものであって、特に明記しない限り、限定を意図するものではない。同様に、特に明記しない限り、本明細書内において、ある組成物に対する説明はいずれも、この組成物の固体、液体の双方を対象とすることを意図しており、さらにこの組成物を含有する溶液及び電解液、並びに、そのような溶液及び電解液を含む電気化学セル、フロー電池及びその他のエネルギー貯蔵システムをも対象とすることが意図されている。さらに、本開示において、電気化学セル、フロー電池又は他のエネルギー貯蔵システムについて説明していると考えられる場合には、電気化学セル、フロー電池又は他のエネルギー貯蔵システムを作動させる方法についても暗に説明しているものと認識されたい。
【００１８】
また、本明細書では、分かりやすくするため、本開示のいくつかの特徴を別個の実施形態と関連させて記載しているが、これらの特徴を、相互に組み合わせて単一の実施形態において備えることができることが認められよう。すなわち、明らかに両立できないか又は明示的に排除される場合を除いて、個々の実施形態は１以上の他のいずれかの実施形態と組み合わせることができると考えられ、そのような組み合わせは全く別の実施形態であると見なされる。逆に、簡潔にするため、本開示の種々の特徴を単一の実施形態に関連させて説明する場合があるが、これらの特徴を、別々に又は任意のより小さい組み合わせで備えることも可能である。さらにまた、ある特定の実施形態を一連のステップの一部として又はより包括的な構造の一部として記載する場合があるが、各ステップ又は各下位構造はそれ自体を独立した実施形態と見なすことも可能である。
【００１９】
特に明記しない限り、要素をリストアップしている場合には、リストアップした各要素及び同リスト内の各要素のすべての組み合わせをそれぞれ別個の実施形態として解釈すべきであることが理解されよう。例えば、「Ａ、Ｂ又はＣ」と示される実施形態のリストは、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ａ又はＢ」、「Ａ又はＣ」、「Ｂ又はＣ」又は「Ａ、Ｂ又はＣ」という実施形態を含むものとして解釈される。
【００２０】
本開示において、文脈上明らかに他の意味を示す場合を除き、単数の冠詞「a（１つの）」、「an（１つの）」及び「the（その／前記）」は、対応する複数に対する言及も包含するものであり、特定の数値に対する言及は、少なくともその特定の値を包含するものである。このため、例えば「a material（１つの物質）」は、そのような物質及びその均等物のうち少なくとも１つを指す。
【００２１】
一般に、「約」という用語を使用する場合、開示する主題が達成しようとする所望の特性に応じて変動する可能性のある近似値を示し、機能に基づいて状況に応じて解釈されるべきものである。従って当業者であれば、個々の状況に応じてある程度の変動範囲を汲み取ることができるであろう。「約」という用語が許容する変動を規定する代表的な技法として、特定の値を表す際に有効桁数を使用することが考えられる。あるいは、「約」という用語が許容する変動範囲を、一連の値に段階を設けることによって規定することもできる。さらに、本開示におけるすべての範囲は上下限値を含み且つ連結可能であり、ある範囲で規定される値に対して言及する場合、その言及は範囲内のすべての個々の値を包含するものである。
【００２２】
上述のように、高い効率値を維持しながら大規模に作動可能なエネルギー貯蔵システムが非常に望ましいことがある。フロー電池は、この点で大きな関心を得てきたが、その運用性能にはかなり改善の余地が残されている。フロー電池の作動前又は作動中の固体形成は、運用性を損なわせる課題の１つである。特に、固体の蓄積により、フロー電池を通過する電解液の循環が損なわれ、及び／又は、内部の様々なコンポーネントが損傷するおそれがある。固体形成を引き起こす要因のいくつかについては回避可能であるが、その他についてはバッテリ化学において本来備わっている結果となることがある。フロー電池内の固体の発生を低減するためのいくつかのアプローチが従来から知られているが、オペレータが積極的に介入し続けること少なくともある程度必要となる可能性があるなど、運用上の様々なデメリットを招くおそれがある。例えば、インラインフィルタでは、継続的な分離を行うことができるように、定期的な洗浄又は交換が必要となり得る。
【００２３】
本発明者らは、フロー電池内を循環する固体を低減するのに適した様々な代替的アプローチを発見した。詳細には、本発明者らによって特定されたアプローチにより、電解液の高い処理量（throughput volume）にて自律的（autonomous）又は略自律的な（near-autonomous）固体分離を行うことが可能となる。フロー電池内での使用に対応した自律型固体分離器としては、例えば、ラメラクラリファイヤ及びハイドロサイクロンが挙げられる。これらの固体分離器は、圧力降下及びより一般的に用いられる分離技術に関連した運用上の課題を回避する。さらに、このような固体分離器は、自律的又は略自律的に作動するので、これらの固体分離器を組み込んだフロー電池は、そうでなかった場合と比較してオペレータによる介入の程度がはるかに低くなった状態で作動することができる。さらなる利点として、本明細書に開示された自律型固体分離器を組み込んだフロー電池は、固体を形成しやすいために使用するのに非常にリスクの高い活物質及びその他の化学物質を利用することができる。例えば、フロー電池に自律型固体分離器を組み込むことにより、電解液は、これまで可能であったものよりも飽和濃度に近い濃度で活物質を安全に利用することができる。従って、本開示によれば、良好な電気化学特性を有する活物質を、高い運用効率を有するフロー電池において利用することが可能となる。本発明者らが発見した様々なアプローチについてさらに説明する前に、本開示の進展についてより一層理解できるように、まず、例示的なフロー電池の構成及びその作動特性について簡単に説明する。
【００２４】
活物質及び他の成分が単一のアセンブリに収容される一般的な電池技術（例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池など）とは異なり、フロー電池は、レドックス活性エネルギー貯蔵物質を（例えばポンピングによって）貯蔵タンク（すなわち、電解液貯蔵器（electrolyte reservoirs））から１つ以上の電気化学セルを含む電気化学スタックを通過させて輸送するものである。この設計上の特徴により、電気エネルギー貯蔵システムの電源がエネルギー貯蔵容量から切り離され、これにより、大幅な設計の柔軟性及びコストの最適化を実現することが可能となる。図１は、単一の電気化学セルを有する例示的なフロー電池の概略図である。図１は、単一の電気化学セルを有するフロー電池を示しているが、複数の電気化学セルを互いに接続する方法は公知であり、以下では、それについて簡単に説明する。このようなフロー電池内に自律型固体分離器を組み込むためのアプローチについても、以下にさらに詳細に説明する。
【００２５】
図１に示すように、フロー電池１は電気化学セルを有する。この電気化学セルは、その２つの電極１０、１０’間にセパレータ２０を有することを特徴とするものである。本明細書において、「セパレータ（separator）」及び「膜（membrane）」という用語は、同義的に、電気化学セルの正極と負極との間に配置され、イオン伝導性と電気的絶縁性とを有する材料を指す。電極１０、１０’は、金属、炭素、グラファイトなどの適切な導電材料で形成されており、両電極の材料は同一であっても、異なっていてもよい。図１では、電極１０、１０’がセパレータ２０から離間しているように図示しているが、ある実施形態においては、電極１０、１０’をセパレータ２０に直接又は間接的に接触させて配置することができる。電極１０、１０’を構成する材料は多孔質のものであってよく、これにより、第１の活物質３０を含有する電解液や第２の活物質４０を含有する電解液との接触表面積が大きくなる。第１の活物質３０及び第２の活物質４０は、酸化状態と還元状態との間を循環可能な物質である。循環する固体は、本明細書に記載された自律型固体分離器を利用するなど、何らかのやり方で対策しない限り、電極１０、１０’又はセパレータ２０の空孔を塞ぐおそれがある。
【００２６】
ポンプ６０は、第１の電解液３０における第１の活物質を、電解液貯蔵器５０からフローループ６２を介して電気化学セルに輸送するためのものである。フロー電池は、また、フローループ６２’によって他方の半電池に輸送される第２の電解液４０における第２の活物質を収容する第２の電解液貯蔵器５０を適切に含む。第２の電解液４０は、第１の電解液３０と同一であってもよく（しかし、その活物質は異なる酸化状態にある）、又は、組成が異なるものであってもよい。第２のポンプ６０’は、第２の電解液４０を電気化学セルに輸送するためのものであってよい。ポンプ（図１では省略）は、また、第１の電解液３０及び第２の電解液４０を、電気化学セルから第１の電解液貯蔵器５０及び第２の電解液貯蔵器５０’に戻すように輸送するために使用され得る。例えば、サイフォンなどの、流体輸送に作用する他の方法によっても、第１の電解液３０及び第２の電解液４０を電気化学セル内外に適宜搬送することができる。図１には、電源又は負荷７０も示されている。負荷７０によって電気化学セルの回路が完成し、回路の作動中、ユーザによる電気の集電（collect）又は貯蔵が可能となる。
【００２７】
図１は、特定のフロー電池の具体的な構成を示すものであるが、これに限定されるものではないことを理解されたい。従って、本開示の精神と合致するフロー電池が図１の構成とは様々な面で異なることがある。
【００２８】
上記のように、作動中のエネルギー貯蔵・放出速度を上昇させるため、複数の電気化学セルを相互に組み合わせて電気化学スタックとすることもできる。放出されるエネルギー量は、存在する活物質の総量によって決まる。電気化学スタックにおいては、隣接する電気化学セル間で電気的な通信を確保しつつ直接の流体連通を遮断するように、両隣接セル間にバイポーラプレートが設けられている。バイポーラプレートの適切な材料としては、炭素、グラファイト、金属又はそれらの組み合わせを挙げることができる。非導電性ポリマーに、炭素の粒子又はファイバー、金属の粒子又はファイバー、及び／又は、カーボンナノチューブなどの導電材料を分散させてバイポーラプレートを製造することもできる。
【００２９】
バイポーラプレートは、また、単純な界面接触によって可能であった場合よりも大きな電解液との接触表面積を提供する、固有の（innate）又は設計された流動場（fluid field）を有することができる。場合によっては、設計された流動場をバイポーラプレートに組み込み、所望の方法で流体の力学（fluid dynamics）を制御することができる。電解液の流体力学の大部分が規制されていない、開いた流動場を組み込んだ流動場構造が可能である。少なくとも１つの座標軸における方向の変化を提供する、設計された流動場は、開いた流動場で可能な場合よりも効率的にセルを作動できることが多い。互いに噛み合った流動場は、例えば、セル電圧を所望の低いレベルに維持しながら高い電流密度値を提供することができる。
【００３０】
場合によっては、電解液は、流体入口マニホールド及び流体出口マニホールド（図１では省略）を介して、各電気化学セルに搬送（deliver）され、各電気化学セルから引き出され（withdrawn）得る。ある実施形態において、流体入口マニホールド及び流体出口マニホールドは、隣接する電気化学セルを分離するバイポーラプレートを介して、電解液を提供（provide）し、引き出すことができる。分離マニホールドは、各電解液を各電気化学セルの２つの半電池に提供することができる。より特定の実施形態において、流体入口マニホールド及び流体出口マニホールドは、バイポーラプレートの横方向対向面を介して、電解液を供給（supply）し、引き出すように構成されてよい。
【００３１】
以上で簡単に説明したように、本開示のフロー電池は、自律型固体分離器を組み込んで、フロー電池内での継続的な（ongoing）又は断続的な（periodic）固体形成を低減することができる。本開示と関連して用いるのに適切な自律型固体分離器としては、例えば、ラメラクラリファイヤ及びハイドロサイクロンが挙げられる。所与のフロー電池で利用するための特定の自律型固体分離器の選択は、例えば、バッテリの化学的性質、粒径、固体の形成量、電解液の循環速度などを含む多数の要因によって左右され得る。当業者は、本開示の恩恵を受けることにより、所与の用途で用いるのに適切な固体分離器を選択することができるであろう。また、当業者は、必要に応じて、特定の自律型固体分離器の使用を組み込むために、所与のフロー電池の作動条件をどのように変更すべきかを理解するであろう。
【００３２】
従って、様々な実施形態において、本開示のフロー電池は、第１の電解液を含有する第１の半電池と、第２の電解液を含有する第２の半電池と、第１の電解液を、第１の半電池を通過させて循環させるように構成された第１のフローループと、第２の電解液を、第２の半電池を通過させて循環させるように構成された第２のフローループと、第１の半電池及び第２の半電池の少なくとも一方に流体連通している少なくとも１つの自律型固体分離器と、を含むことができる。少なくとも１つの自律型固体分離器は、フロー電池の負極半電池、フロー電池の正極半電池、又は、フロー電池の負極半電池及び正極半電池の双方に流体連通してよい。
【００３３】
ある実施形態では、少なくとも１つの自律型固体分離器を、少なくとも１つのラメラクラリファイヤとしてよい。他の実施形態では、少なくとも１つの自律型固体分離器を、少なくとも１つのハイドロサイクロンとしてよい。ある実施形態では、所与のフロー電池内において、１つ以上のラメラクラリファイヤと１つ以上のハイドロサイクロンとが任意の組み合わせで存在してよい。他の実施形態では、所与のフロー電池は、複数のラメラクラリファイヤ又は複数のハイドロサイクロンを含んでよい。フロー電池における少なくとも１つの自律型固体分離器の特定の構成を選択することは、当業者及び本開示の恩恵によって決まり得る。所与の用途に対して考慮すべき設計上又は運用上の考慮点がない場合、本発明者らは、本開示の多くの実施形態において、基本的には、ラメラクラリファイヤ及びハイドロサイクロンが、互いに完全に互換性のある部品として機能し得ると考えている。従って、ラメラクラリファイヤを利用する本明細書に記載された特定の実施形態のいずれも、明らかな非互換性を有しない限り、ハイドロサイクロンを用いることで略同等の手法で実施することができる。
【００３４】
従って、より詳細な実施形態において、本開示のフロー電池は、第１の電解液を含有する第１の半電池と、第２の電解液を含有する第２の半電池と、第１の電解液を、第１の半電池を通過させて循環させるように構成された第１のフローループと、第２の電解液を、第２の半電池を通過させて循環させるように構成された第２のフローループと、第１の半電池及び第２の半電池の少なくとも一方に流体連通している少なくとも１つのラメラクラリファイヤと、を含むことができる。より詳細な他の実施形態において、本開示のフロー電池は、第１の電解液を含有する第１の半電池と、第２の電解液を含有する第２の半電池と、第１の電解液を、第１の半電池を通過させて循環させるように構成された第１のフローループと、第２の電解液を、第２の半電池を通過させて循環させるように構成された第２のフローループと、第１の半電池及び第２の半電池の少なくとも一方に流体連通している少なくとも１つのハイドロサイクロンと、を含むことができる。
【００３５】
本開示の様々な実施形態について、特に、フロー電池内において、１つ以上の自律型固体分離器を配備することのできる位置の例について、より詳細に説明する前に、本開示についてより一層理解できるように、まず、ラメラクラリファイヤ及びハイドロサイクロンを簡単に説明する。
【００３６】
通常、ラメラクラリファイヤは、地面に対して傾斜した複数の平行なプレートを含む。このような平行なプレートの構成は、固体を蓄積させるための大きな表面積を提供し、これにより、固体含有量が低減された流体相（fluid phase）をラメラクラリファイヤの流出位置から排出させることができる。流体相がプレート上方を通過する際、固体がその上に蓄積し、重力の影響でプレートの低い地点に落下することで、通常の流体流路を邪魔しないようになっている。そして固体はさらに、ホッパ又は漏斗などの蓄積領域内に沈殿することができ、後述するように、蓄積領域から除去されるか又はこれに続いて処理され得る。
【００３７】
図２は、例示的なラメラクラリファイヤの模式図である。図２に示すように、ラメラクラリファイヤ７０は、タンク７６の内部に流体接続された流入位置７２及び流出位置７４を含む。流入位置７２及び流出位置７４は、ラメラクラリファイヤ７０が設けられているフローループの一部を構成することができる（例えば、以下の図４及び図５を参照）。タンク７６内には、地面に対して傾斜し、タンク７６において流体が流れる方向（図２において破線矢印で示す）に略平行な複数の平行なプレート７８が設けられている。作動中、固体は、平行なプレート７８に集められ、重力の影響でその下方に落下する。平行なプレート７８から落下すると、固体出口８２を通過させて除去する次の処理のために、固体をホッパ８０内に蓄積させることができる。図２は、本開示の実施形態をより一層理解できるように、例示的なラメラクラリファイヤの構成を簡単に示しているにすぎないことを認識すべきである。実際には、例えば、特定の用途のニーズに合うように、プレートの数、プレートの傾斜、及びラメラクラリファイヤの構築材料を変更することができる。
【００３８】
より特定的な実施形態において、ラメラクラリファイヤは、約３個〜約１００個、約４個〜約５０個又は約５個〜約２０個の平行なプレートを含むことができる。平行なプレートは、地面に対して略直角としてもよいが、通常は、鋭角となるように方向付けられている。より特定的な実施形態において、平行なプレートは、地面に対して約３０度〜約８０度又は約４０度〜約６０度の範囲の角度を有することができる。隣接する平行なプレート間の距離は、固体の蓄積に際して隣接する平行なプレート間の流路が塞がれることなどが原因となる作動中の圧力降下を生じさせないように選択することができる。ラメラクラリファイヤの様々なコンポーネントを構成するのに適切な材料の例としては、例えば、鋼、又は、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリエチレン若しくはポリプロピレンなどの低コストのプラスチックを挙げることができる。
【００３９】
ハイドロサイクロンは、平行なプレート上への重力支援による堆積ではなく、固体の分離を引き起す遠心力を採用している点でラメラクラリファイヤと相違する。固体は、通常、固体が配置される流体相よりも高密度であるので、本明細書においてさらに説明するように、遠心分離された固体は、さらなる処理のためにハイドロサイクロンの底部に進み、固体枯渇流体相（solid-depleted fluid phase）は、ハイドロサイクロンの上部から除去される。
【００４０】
図３は例示的なハイドロサイクロンの模式図である。図３に示すように、ハイドロサイクロン９０は、円筒部９２と円錐部９４とを含む本体を有する。流入位置９６は、本体に流体接続されており、これにより、固体含有流体相（solids-containing fluid phase）を内部に導入することが可能となる。通常、流入位置９６は、円筒部９２に位置しているが、ある実施形態では円錐部９４に位置してよい。固体含有流体相が一度円錐部９４に入ると、自律的な回転運動が発生して遠心力が引き起こされる。この遠心力により固体が流体相から分離される。固体は、通常、流体相より高密度であるため、固体は、ハイドロサイクロン９０の底部に落下し、固体出口９８から出ていく。対照的に、残留した固体枯渇流体相は、ハイドロサイクロン９０の上部に進み、流出位置９９を通過して出ていく。ラメラクラリファイヤと同様に、流入位置９６及び流出位置９９は、ハイドロサイクロン９０が設けられているフローループの一部を構成することができる（例えば、以下の図４及び図５を参照）。同様に、図３は、本開示の実施形態をより一層理解できるように、例示的なハイドロサイクロンの構成を簡単に示しているにすぎないことを理解すべきである。
【００４１】
以上示したように、ラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンは、フロー電池におけるフローループの一部を規定してよい。より詳細には、ラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンは、本開示のフロー電池における第１のフローループ又は第２のフローループの少なくとも一方の一部を規定してよい。以下、ラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンなどの自律型固体分離器を配置することができるフロー電池の例示的な位置についてより詳細に説明する。
【００４２】
ある実施形態において、ラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンは、フローループにおいて、ポンプと、対応する半電池へのフローループの入口位置との間に配置されてよい。より詳細には、少なくともいくつかの実施形態において、少なくとも１つのラメラクラリファイヤ又は少なくとも１つのハイドロサイクロンは、ポンプと、第１の半電池への第１のフローループの入口位置又は第２の半電池への第２のフローループの入口位置との間に配置されてよい。このような構成を図４に示す。
【００４３】
図４は、フローループにおいて、ポンプとフロー電池の半電池との間に配置される自律型固体分離器を有するフロー電池の模式図である。ラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンをこの位置に配置することにより、すぐ下流側におけるフロー電池の半電池の繊細なコンポーネント内（例えば、電極内の空隙空間（interstitial space）、及び／又は、２つの半電池間に配置されたセパレータの空孔）への固体の侵入から保護することが可能となる。図４は、図１と多くの特徴が共通しているため、これを参照することでより一層理解されてもよい。明確さのため、図４及びこれに続く図においては、図１と同様の機能を有するコンポーネントを示すために、共通の参照符号を使用している。
【００４４】
図４を参照すると、フロー電池１００は、フローループ６２においてポンプ６０の下流側且つ負極半電池の上流側に配置された自律型固体分離器１０２（すなわち、ラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロン）を含む。図４は、フローループ６２内の自律型固体分離器１０２を示しているが、自律型固体分離器１０２は、また、フローループ６２’内に存在してもよく、これにより正極半電池が固体の侵入から保護されることを認識すべきである。以下説明するように同様の方法で双方の半電池を同時に保護することもできる。
【００４５】
自律型固体分離器を他の位置に配置することが可能であり、フロー電池を特定の用途の要件に適合した構成とすることができる。ある実施形態において、自律型固体分離器（例えば、ラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロン）を、フローループにおけるポンプの上流側、特に、電解液貯蔵器とポンプとの間に配置することができる。このような構成は図５に示されており、図５は、フローループ６２において電解液貯蔵器５０とポンプ６０との間に配置された自律型固体分離器１０２を含む例示的なフロー電池２００の模式図を示している。ラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンをこの位置に配置することにより、すぐ下流側におけるポンプ６０の固体による損傷から保護することが可能となる。あるポンプは固体輸送の影響を受けやすいが（例えば、ダイアフラムポンプ及び他の容積式ポンプ）、他のポンプは影響を受けにくい。従って、場合によっては、固体からポンプを保護することが望まれる。フロー電池２００の他方の半電池も同様の方法で保護することができる。図５のさらなる詳細については、図１及び図４並びにこれらに付随する説明をさらに参照することにより理解することができる。
【００４６】
自律型固体分離器をさらに他の代替位置に配置することも可能である。例えば、ある実施形態において、少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、フロー電池の第１の半電池内又は第２の半電池内に設けられてよい。例示的な実施形態において、フロー電池の半電池におけるバイポーラプレートは、傾斜したチャンネル（channels）又は平面（planes）を含んでよく、これにより、電解液がこれを通過して上方に循環する際に、本開示と矛盾しないラメラクラリファイヤとして機能する。
【００４７】
さらに他の代替的実施形態において、少なくとも１つのラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンは、電解液貯蔵器内に設けられてよい。従って、ある実施形態では、図２に示す例示的なラメラクラリファイヤ７０又はこれと同様のラメラクラリファイヤが、図中の電解液貯蔵器５０及び／又は５０’を構成することができる。この点について、さらに、図中のフロー電池の様々なコンポーネントを通るフローループ６２及び６２’の流入位置及び流出位置は、その一例を示すものであり、これに限定されるものではないと理解すべきであることに留意しなければならない。従って、ラメラクラリファイヤが電解液貯蔵器５０又は５０’の一方又は双方を構成している場合、又は、ラメラクラリファイヤが電解液貯蔵器５０又は５０’の一方又は双方に収容されている場合、電解液３０又は４０は、図面に示されるように、電解液貯蔵器５０及び５０’の底部以外の位置から出ていくことができる。例えば、フローループ６２及び／又は６２’は、図２を参照して上述したように、電解液貯蔵器５０及び／又は５０’内で電解液３０及び／又は４０を上方に循環させて、固体の沈澱を促進するように構成されてよい。
【００４８】
図面は、フロー電池の１つの半電池と流体連通した状態のラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンなどの１つの自律型固体分離器を示しているが、ある実施形態では、複数の自律型固体分離器が存在し得ることを認識すべきである。従って、ある実施形態において、自律型固体分離器は、フロー電池の各半電池と流体連通してよい。複数の自律型固体分離器が存在している場合、各フローループにおける自律型固体分離器は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。従って、ある実施形態において、ラメラクラリファイヤは、フロー電池の各半電池と流体連通してよく、他の実施形態において、ハイドロサイクロンは、フロー電池の各半電池と流体連通してよい。さらに他の実施形態において、ラメラクラリファイヤは、フロー電池の一方の半電池と流体連通してよく、ハイドロサイクロンは、フロー電池の他方の半電池と流体連通してよい。例えば、異なる種類及び特性の固体が各フローループに存在している場合、各フローループにおいて異なる自律型固体分離器を利用することができる。各フローループにおけるラメラクラリファイヤ、ハイドロサイクロン又は他の自律型固体分離器の例示的な位置として、本明細書に記載の例示的な構成の任意の組み合わせが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４９】
さらに、本開示のより特定的な実施形態において、少なくとも１つのラメラクラリファイヤ又は少なくとも１つのハイドロサイクロンは、フロー電池の負極半電池と流体連通してよい。代替的な実施形態において、少なくとも１つのラメラクラリファイヤ又は少なくとも１つのハイドロサイクロンは、フロー電池の正極半電池と流体連通してよい。
【００５０】
同様に、複数の自律型固体分離器は、フロー電池の半電池の一方又は双方と流体連通してよい。すなわち、ある実施形態では、複数のラメラクラリファイヤ、ハイドロサイクロン又はこれらの任意の組み合わせを、所与のフロー電池における１つのフローループ内に存在させることができる。数、種類及び位置については、特定の用途の要件に適合するように変更することができる。例えば、１つの自律型固体分離器が十分な量の固体を除去するのに効果的でない場合、及び／又は、サイズ又は密度の異なる固体を、異なる分離機構を用いてより効果的に分離することができる場合には、１つのフローループに複数の自律型固体分離器を使用することができる。
【００５１】
自律型固体分離器を含むフロー電池において電解液を循環させるために、さらに他のオプションが利用可能である。ある実施形態において、フロー電池は、第１のフローループ又は第２のフローループ内でラメラクラリファイヤ又はハイドロサイクロンをバイパスするように構成された補助フローラインを更に含んでよい。例えば、固体が電解液中に存在しないとき、固体が自律型固体分離器から除去されているとき、及び／又は、自律型固体分離器にメンテナンスを行う必要がある場合に、補助フローラインが利用され得る。
【００５２】
図６は、補助フローラインが内部に設けられた例示的なフロー電池の模式図である。図６は、先に説明した図面のフロー電池と同様であり、これらを参照することでより一層理解することができる。図６に示すように、フロー電池３００は、フローループ６２内で自律型固体分離器１０２をバイパス（bypasses）する補助フローライン１０４を含む。バルブ１０６及び１０８は、必要に応じて補助フローライン１０４を開閉させ、自律型固体分離器１０２を通過する循環も遮断する。図６の自律型固体分離器１０２の位置は、その一例を示すものであり、本明細書で説明した他のフロー電池の構成の全てに、同様の方法で、補助フローラインを組み込み可能であることを改めて強調しておく。
【００５３】
ここで、フロー電池内で自律型固体分離器によって除去された固体の処理について、より詳細に説明する。固体の性質（例えば、サイズ、量、溶解度など）に応じて、固体をさらにどのように処理するかを決めることができる。例示的な実施形態では、自律型固体分離器からの固体含有流出物を、電解液貯蔵器に向かわせるか（長期間にわたって再溶解を促進する、及び／又は、しばらく時間が経過するまで固体の除去を延期する）、自律型固体分離器の流入位置に戻すか、又は、フローループの外部にあるろ過システム、熱源若しくは沈殿タンクに移送してよい。固体含有流出物を外部の熱源に曝すことにより、例えば、上昇させた溶解温度にて固体の再溶解を促進することができる。
【００５４】
より特定的な実施形態において、少なくとも１つのラメラクラリファイヤは、電解液貯蔵器、少なくとも１つのラメラクラリファイヤの流入位置、フローループの外部のろ過システム、フローループの外部の熱源、フローループの外部の沈殿タンク又はこれらの任意の組み合わせから選択された少なくとも１つの位置に、固体含有流出物を排出するように構成されてよい。同様に、より特定的な他の実施形態において、少なくとも１つのハイドロサイクロンは、電解液貯蔵器、少なくとも１つのハイドロサイクロンの流入位置、フローループの外部のろ過システム、フローループの外部の熱源、フローループの外部の沈殿タンク又はこれらの任意の組み合わせから選択された少なくとも１つの位置に、固体含有流出物を排出するように構成されてよい。
【００５５】
図７〜９は、自律型固体分離器からの固体含有流出物を様々な手法で処理することのできる例示的なフロー電池の構成の模式図である。図７に示すように、ライン１１０及びポンプ１１２は、固体含有流出物をフロー電池４００における電解液貯蔵器５０に戻すように構成されている。同様に、図８では、ライン１１０及びポンプ１１２は、固体含有流出物を、フロー電池５００におけるその流入位置を介して、自律型固体分離器１０２に戻すように構成されている。すなわち、ライン１１０は、固体含有流出物を自律型固体分離器１０２に再循環させるように構成されてよい。自律型固体分離器１０２がラメラクラリファイヤであるか又はハイドロサイクロンであるかに応じて、流入位置は図示したものとやや異なってよい。この点に関して、図示したフロー電池の構成は、その例示のみを目的としており、これに限定されるものではないと理解すべきであることを改めて強調しておく。
【００５６】
図９において、自律型固体分離器１０２からの固体含有流出物は、フロー電池６００におけるフローループ６２から出て外部で処理される。詳細には、図９に示すように、ライン１１０及びポンプ１１２は、固体含有流出物を外部処理部１１４に迂回（divert）させる。様々な実施形態では、外部処理部１１４を、例えば、熱源、ろ過システム又は沈殿タンクとしてよい。固体が外部処理部１１４で一度分離されると、残留した電解液の全てを、帰還ライン（return line）（図示省略）を介して、フローループ６２における適切な位置に戻すことができる。
【００５７】
図面に示すように、本開示のフロー電池は、各半電池に電極を含んでいる。この電極は、電気化学セル内の電気化学エネルギー変換を起こす位置に、外部回路からの電流を流すためのものである。電極は、その表面にて電気化学反応を生じさせ得る。フロー電池の電極に含有させるのに適切な導電材料としては、例えば、炭素、及び／又は、金、銀、チタン若しくはプラチナなどの金属を挙げることができる。他の適切な導電材料としては、例えば、鋼、亜鉛、タンタル、パラジウム、スズ、ニッケル、銅、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、窒化ホウ素、炭化タングステン、ホウ素ドープダイヤモンド及び縮退ドープ半導体を挙げることができる。ある実施形態では、金属導電材料の酸化物も適切となることがある。ある実施形態では、適切な電極は、上記の材料のうち１つ以上を含有する多孔質シートの形態をとることができる。
【００５８】
ある実施形態では、本開示のフロー電池は、配位錯体である活物質を含有する１つ以上の電解液を含むことができる。本明細書において、「配位錯体（coordination complex）」及び「配位化合物（coordination compound）」という用語は、共有結合により１以上の配位子に結合した金属を有する任意の化合物を指す。遷移金属は可変的に複数の酸化状態をとることができるため、フロー電池の活物質中に用いるのに特に望ましい場合がある。遷移金属がとり得る複数の酸化状態を循環させることにより、化学エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。代替的な実施形態では、ランタニド金属もこの点に関して同様に用いることができる。フロー電池に含めるのに特に望ましい遷移金属としては、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ及びＦｅが挙げられる。本開示の目的上、Ａｌは遷移金属であると見なされる。ある実施形態では、フロー電池内の配位錯体が、少なくとも１つのカテコラート配位子又は置換カテコラート配位子を有し得る。スルホン化カテコラート配位子は、この配位子を含む配位錯体の溶解度を促進することができるため、特に望ましい配位子であり得る。
【００５９】
単独で又は１以上のカテコラート配位子又は置換カテコラート配位子と組み合わせて配位錯体中に存在し得る他の配位子としては、例えば、アスコルビン酸塩、クエン酸塩、グリコール酸塩、ポリオール、グルコン酸塩、ヒドロキシアルカン酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、安息香酸塩、リンゴ酸塩、マレイン酸塩、フタル酸塩、サルコシン酸塩、サリチル酸塩、シュウ酸塩、尿素、ポリアミン、アミノフェノラート、アセチルアセトネート及び乳酸塩が挙げられる。ここで、化学的に実現可能である場合には、このような配位子を、Ｃ１−６アルコキシ基、Ｃ１−６アルキル基、Ｃ１−６アルケニル基、Ｃ１−６アルキニル基、５員環若しくは６員環のアリール基若しくはヘテロアリール基、ボロン酸若しくはその誘導体、カルボン酸若しくはその誘導体、シアノ、ハロゲン化物、ヒドロキシル、ニトロ、スルホン酸塩、スルホン酸若しくはその誘導体、ホスホン酸塩、ホスホン酸若しくはその誘導体、又は、ポリエチレングリコールなどのグリコールから選択される少なくとも１つの基によって、任意に置換可能であるものと認識されたい。アルカン酸塩には、そのα、β及びγ形態がいずれも含まれる。ポリアミンには、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）及びジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００６０】
存在し得る配位子の他の例としては、単座配位子、二座配位子及び／又は三座配位子が挙げられる。配位錯体中に存在し得る単座配位子の例としては、例えば、一酸化カルボニル又は一酸化炭素、窒化物、オキソ、ヒドロキソ、水、硫化物、チオール、ピリジン、ピラジンなどが挙げられる。配位錯体中に存在し得る二座配位子の例としては、例えば、ビピリジン、ビピラジン、エチレンジアミン、（エチレングリコールなどの）ジオールなどが挙げられる。配位錯体中に存在し得る三座配位子の例としては、例えば、テルピリジン、ジエチレントリアミン、トリアザシクロノナン、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンなどが挙げられる。
【００６１】
フロー電池中の活物質は、水系電解液内に溶解して存在し得る。本明細書において、「水系電解液（aqueous electrolyte solution）」という用語は、水を主溶媒とし、活物質を少なくとも部分的に可溶化した（理想的には完全に可溶化した）均一な液相を指す。この定義は、水溶液と、水相に少量成分として水混和性の有機溶媒を含有する溶液との両方を包含するものである。
【００６２】
水系電解液中に存在し得る例示的な水混和性の有機溶媒としては、例えばアルコール及びグリコールが挙げられ、場合によっては、１種類以上の後述の界面活性剤や他の成分を存在させてよい。より特定的な実施形態においては、水系電解液は少なくとも約９８重量％の水を含有することができる。より特定的な他の実施形態においては、水系電解液は、少なくとも約５５重量％の水、少なくとも約６０重量％の水、少なくとも約６５重量％の水、少なくとも約７０重量％の水、少なくとも約７５重量％の水、少なくとも約８０重量％の水、少なくとも約８５重量％の水、少なくとも約９０重量％の水、又は少なくとも約９５重量％の水を含有してよい。ある実施形態では、水系電解液は水混和性の有機溶媒を含有せず、水のみを溶媒として含んでよい。
【００６３】
さらなる実施形態において、水系電解液は、粘度調整剤、湿潤剤又はこれらの任意の組み合わせを含むことができる。適切な粘度調整剤としては、例えば、コーンスターチ、コーンシロップ、ゼラチン、グリセロール、グアーガム、ペクチンなどを挙げることができる。他の適切な例については、当業者にはよく知られているであろう。適切な湿潤剤としては、例えば、様々な非イオン性の界面活性剤及び／又は洗剤を挙げることができる。いくつかの又は他の実施形態において、水系電解液は、グリコール又はポリオールをさらに含むことができる。適切なグリコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール及びポリエチレングリコールを挙げることができる。適切なポリオールとしては、例えば、グリセロール、マンニトール、ソルビトール、ペンタエリスリトール及びトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンを挙げることができる。水系電解液にこれらの成分のいずれかを含有させることは、例えば、配位錯体又はこれに類する活物質の溶解促進、及び／又は、フロー電池を通過させる水系電解液の輸送のための水系電解液の粘度低下に役立ち得る。
【００６４】
溶媒と活物質としての配位錯体とに加えて、水系電解液は、また、１以上の可動イオン（すなわち、外来の電解質）を含むことができる。ある実施形態では、適切な可動イオンとしては、プロトン、ヒドロニウムイオン又は水酸化物イオンを挙げることができる。他の様々な実施形態では、プロトン、ヒドロニウムイオン又は水酸化物イオン以外の可動イオンが、単独で又はプロトン、ヒドロニウムイオン又は水酸化物イオンと組み合わせて存在することができる。そのような代替的な可動イオンとしては、例えばアルカリ金属又はアルカリ土類金属カチオン（例えば、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ2+、Ｃａ2+及びＳｒ2+）、及びハロゲン化物（例えば、Ｆ-、Ｃｌ-又はＢｒ-）を挙げることができる。他の適切な可動イオンとしては、例えばアンモニウムイオン及びテトラアルキルアンモニウムイオン、カルコゲニド、リン酸塩、リン酸水素、ホスホン酸塩、硝酸塩、硫酸塩、亜硝酸塩、亜硫酸塩、過塩素酸塩、テトラフルオロホウ酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩及びそれらの任意の組み合わせを挙げることができる。ある実施形態では、プロトン、ヒドロニウムイオン又は水酸化物イオンが、可動イオンの約５０％未満を構成することができる。他の種々の実施形態では、プロトン、ヒドロニウムイオン又は水酸化物イオンが、可動イオンの約４０％未満、約３０％未満、約２０％未満、約１０％未満、約５％未満又は約２％未満を構成することができる。
【００６５】
本開示のフロー電池は、数時間の持続時間を有する持続性のある充放電サイクルを提供することができる。従って、フロー電池を使用して、エネルギーの供給／需要プロファイルを平滑化し、（例えば、太陽光エネルギーや風力エネルギーなどの再生可能エネルギー源からの）間欠発電資産を安定化させる機構を提供することができる。よって、本開示の種々の実施形態では、このような長い充電又は放電の持続時間が望ましいエネルギー貯蔵の用途が含意されていることを理解されたい。例えば、限定を意図しない実施例においては、本開示のフロー電池は、送電網に接続されて、再生可能エネルギーの統合（renewables integration）、ピーク負荷シフト、送電網の安定化（grid firming）、ベースロード発電及び電力消費、エネルギー裁定取引、送配電資産の繰延、弱送電網のサポート、周波数調整、又はこれらの任意の組み合わせを可能とする。送電網に接続されない場合には、本開示のフロー電池を、遠隔キャンプ、前線作戦基地、送電網を利用しない電気通信、遠隔センサなど、及びこれらの任意の組み合わせのための電源として使用することができる。さらに、本明細書の開示は概してフロー電池を対象とするが、特に、流れない（stationary）電解液を利用する電気化学エネルギー貯蔵媒体などの他の電気化学エネルギー貯蔵媒体にも本明細書に記載される電解液及び配位錯体を組み込み得るものと理解されたい。
【００６６】
ある実施形態においては、フロー電池は、第１の水系電解液に接触する負極を収容する第１のチャンバと、第２の水系電解液に接触する正極を収容する第２のチャンバと、第１の電解液と第２の電解液との間に配置されたセパレータと、を含んでよい。これらのチャンバのそれぞれはセル内で別個の貯留槽となるものであり、第１の電解液及び／又は第２の電解液はこれらのチャンバを通過してそれぞれの電極及びセパレータに接触するように循環する。各チャンバとそれに関連付けられた電極及び電解液とは、対応する半電池を形成している。セパレータは、例えば以下を含むいくつかの機能を備える。すなわち、（１）第１の電解液と第２の電解液の混合を防ぐ障壁として機能すること、（２）正極と負極との短絡を低減又は防止するよう電気的に絶縁すること、及び（３）正の電解液チャンバと負の電解液チャンバとの間のイオン移動を容易にし、これにより充放電サイクル中の電子輸送のバランスをとること、である。負極及び正極の表面では、充放電サイクル中に電気化学反応を発生させることができる。本明細書中の種々の図面に示すように、充放電サイクル中、電解液は個別の貯蔵タンクから対応するチャンバを通過して輸送され得る。充電サイクルにおいては、セルに電力を印加することで、第２の電解液に含まれる活物質が１以上の電子酸化を受けると共に、第１の電解液中の活物質が１以上の電子還元を受けることができる。同様に、放電サイクルにおいては、第２の活物質が還元されると共に第１の活物質が酸化されて電力が生成される。
【００６７】
セパレータは、ある実施形態では多孔質膜とすることができ、及び／又は他の種々の実施形態ではアイオノマー膜とすることができる。ある実施形態では、セパレータをイオン伝導性ポリマーで形成することができる。セパレータ又は膜は、その種類に係わらず、各種イオンに対して伝導性を有し得る。
【００６８】
ポリマー膜は、アニオン伝導性又はカチオン伝導性の電解質とすることができる。「アイオノマー（ionomer）」と記載する場合、この用語は、電気的に中性の繰返し単位及びイオン化した繰返し単位の双方を含有するポリマー膜を指し、イオン化した繰返し単位はペンダント基としてポリマー骨格（polymer backbone）に共有結合している。一般に、イオン化した単位の比率は約１ｍｏｌ％〜約９０ｍｏｌ％の範囲とすることができる。例えば、ある実施形態では、イオン化した単位の含有量は約１５ｍｏｌ％未満であり、他の実施形態では、イオン含有量はより高く、例えば約８０ｍｏｌ％超である。さらに別の実施形態では、イオン含有量は、例えば約１５〜約８０ｍｏｌ％の範囲のように中間範囲によって規定される。アイオノマーにおけるイオン化した繰返し単位としては、スルホン酸基、カルボン酸基などのアニオン性官能基が挙げられる。これらの官能基は、アルカリ又はアルカリ土類金属などの一価又は二価以上のカチオンによって電荷のバランスをとることができる。またアイオノマーとしては、第四級アンモニウム、スルホニウム、ホスファゼニウム及びグアニジウムの残基若しくは塩を付加した又は組み込んだポリマー組成物も挙げられる。適切な例については、当業者にはよく知られているであろう。
【００６９】
ある実施形態では、セパレータとして利用できるポリマーが、高フッ素化ポリマー骨格又は過フッ素化ポリマー骨格を含む場合がある。本開示において利用できる特定のポリマーとしては、テトラフルオロエチレンと１以上のフッ素化酸官能性コモノマーとの共重合体が挙げられる。この共重合体は、ＤｕＰｏｎｔ社からナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ）（登録商標）過フッ素化ポリマー電解質として市販されているものである。他の利用可能な過フッ素化ポリマーとしては、テトラフルオロエチレンとＦＳＯ2−ＣＦ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＦ2−Ｏ−ＣＦ＝ＣＦ2との共重合体、フレミオン（ＦＬＥＭＩＯＮ）（登録商標）及びセレミオン（ＳＥＬＥＭＩＯＮ）（登録商標）が挙げられる。
【００７０】
さらに、スルホン酸基（又はカチオン交換スルホン酸基）で修飾した、実質的にフッ素化されていない膜を用いることもできる。このような膜としては、実質的に芳香族の骨格を有するものが挙げられ、例えばポリスチレン、ポリフェニレン、ビフェニルスルホン（ＢＰＳＨ）、又は、ポリエーテルケトン及びポリエーテルスルホンなどの熱可塑性物質などを含むことができる。
【００７１】
電池セパレータ用の多孔質膜も本セパレータとして使用可能である。そのような膜はそれ自身ではイオン伝導性を待たないため、通常、セパレータとして機能させるために添加物を含浸させている。一般に、これらの膜は、ポリマーと無機充填剤との混合物を含有し、多くの開放孔を有する。適切なポリマーとしては、例えば高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。適切な無機充填剤としては、炭化ケイ素マトリックス材、二酸化チタン、二酸化ケイ素、リン化亜鉛及びセリアが挙げられる。
【００７２】
セパレータは、また、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリ（塩化ビニル）、ビニルポリマー及び置換ビニルポリマーで形成され得る。これらは単独で又は前述のポリマーと組み合わせて使用できる。
【００７３】
多孔質セパレータは、電解液で満たされた開流路を介した両電極間の電荷移動を可能とする非伝導性の膜である。しかし、この透過性によって、活物質がセパレータを通過して一方の電極から他方の電極へ移動して、相互汚染及び／又はセルエネルギー効率の低下が引き起こされてしまう確率が高まる。この相互汚染の程度は、いくつかある特徴の中でも特に、孔のサイズ（有効径及び流路長）、孔の特性（疎水性／親水性）、電解液の性質、及び孔の電解液に対する濡れ性によって決まり得る。
【００７４】
多孔質セパレータの孔のサイズの分布は、両電解液間での活物質のクロスオーバーを実質的に防止するものであれば概ね十分である。適切な多孔質膜の平均孔サイズ分布は、約０．００１ｎｍ〜２０μｍ、より典型的には約０．００１ｎｍ〜１００ｎｍとすることができる。多孔質膜の孔のサイズ分布はかなり広くとることができる。言い換えれば、多孔質膜は、非常に小さい径（略１ｎｍ未満）の第１の複数の孔と、非常に大きい径（略１０μｍ超）の第２の複数の孔とを含むことができる。孔のサイズが大きくなれば、活物質のクロスオーバー量が増大するおそれがある。多孔質膜が有する、活物質のクロスオーバーの実質的な防止力は、平均孔サイズと活物質のサイズとの相対的な差によって決まり得る。例えば、活物質が金属を中心とする配位錯体（coordination complex）である場合には、当該配位錯体の平均径はこの多孔質膜の平均孔サイズよりも約５０％大きくなり得る。一方、もし多孔質膜が実質的に均一な孔サイズを有していた場合には、当該配位錯体の平均径はこの多孔質膜の平均孔サイズよりも約２０％大きくなり得る。配位錯体が少なくとも１つの水分子とさらに配位結合すると、配位錯体の平均径はさらに大きくなる。少なくとも１つの水分子を持つ配位錯体の径は、一般に流体力学的径と見なされるものである。本実施形態では、この流体力学的径が平均孔サイズより概ね少なくとも約３５％大きくなる。一方、平均孔サイズが実質的に均一である場合には、この流体力学的径が平均孔サイズよりも約１０％大きくなり得る。
【００７５】
ある実施形態において、セパレータは、安定性を高めるための補強材料を含むこともできる。適切な補強材料としては、ナイロン、綿、ポリエステル、結晶シリカ、結晶チタニア、非晶質シリカ、非晶質チタニア、ゴム、アスベスト、木材、又はこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
【００７６】
本開示のフロー電池内のセパレータは、約５００μｍ未満、約３００μｍ未満、約２５０μｍ未満、約２００μｍ未満、約１００μｍ未満、約７５μｍ未満、約５０μｍ未満、約３０μｍ未満、約２５μｍ未満、約２０μｍ未満、約１５μｍ未満、又は約１０μｍ未満の膜厚を有することができる。適切なセパレータとしては、セパレータが１００μｍの厚さを有する場合に、フロー電池が約８５％超の電流効率及び１００ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で作動可能であるものが挙げられる。さらなる実施形態においては、フロー電池は、セパレータが約５０μｍ未満の厚さを有する場合に９９．５％超の電流効率で、セパレータが約２５μｍ未満の厚さを有する場合に９９％超の電流効率で、セパレータが約１０μｍ未満の厚さを有する場合に９８％超の電流効率で作動することができる。従って、適切なセパレータとしては、フロー電池が６０％超の電圧効率及び１００ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で作動可能であるものが挙げられる。さらなる実施形態では、適切なセパレータとしては、フロー電池が７０％超、８０％超、又は９０％超の電圧効率で作動可能であるものが挙げられる。
【００７７】
セパレータを介した第１の活物質及び第２の活物質の拡散率は、約１×１０-5ｍｏｌ／ｃｍ2／日未満、約１×１０-6ｍｏｌ／ｃｍ2／日未満、約１×１０-7ｍｏｌ／ｃｍ2／日未満、約１×１０-9ｍｏｌ／ｃｍ2／日未満、約１×１０-11ｍｏｌ／ｃｍ2／日未満、約１×１０-13ｍｏｌ／ｃｍ2／日未満、又は約１×１０-15ｍｏｌ／ｃｍ2／日未満とすることができる。
【００７８】
また、フロー電池は、第１の電極及び第２の電極に電気的に接続された外部の電気回路を含むことができる。この回路は作動中、フロー電池を充放電することができる。第１の活物質、第２の活物質又はこれら両活物質の正味のイオン電荷の符号についての言及は、フロー電池が作動中の条件下でのレドックス活物質の酸化形態及び還元形態の両方における正味のイオン電荷の符号に関するものである。フロー電池のさらなる例示的な実施形態によって以下が得られる。すなわち、（ａ）第１の活物質は、正味の正又は負の電荷を帯びると共にシステムの負の作動電位の範囲内の電位に対して酸化形態又は還元形態をとることができ、これにより、得られる第１の活物質の酸化形態又は還元形態が第１の活物質と同じ電荷符号（正又は負）を有し、かつアイオノマー膜も同符号の正味のイオン電荷を有すること、（ｂ）第２の活物質は、正味の正又は負の電荷を帯びると共にシステムの正の作動電位の範囲内の電位に対して酸化形態又は還元形態をとることができ、これにより、得られる第２の活物質の酸化形態又は還元形態が第２の活物質と同じ電荷符号（正又は負の符号）を有し、かつアイオノマー膜も同じ符号の正味のイオン電荷を有すること、又は、（ａ）及び（ｂ）の双方、である。第１の活物質及び／又は第２の活物質の電荷とアイオノマー膜の電荷とを一致させることにより、高い選択性が得られ得る。より具体的には、このように電荷を一致させることにより、アイオノマー膜を通過する第１の活物質由来又は第２の活物質由来のイオンのモル流束（molar flux）を、約３％未満、約２％未満、約１％未満、約０．５％未満、約０．２％未満、又は約０．１％未満とすることができる。「イオンのモル流束」という用語は、アイオノマー膜を通過し、外部の電気／電子の流れを帯びている電荷を平衡させるイオンの量を指す。すなわち、フロー電池は、アイオノマー膜によって活物質を実質的に遮断しながら作動可能であるか又は作動する。そのような遮断は、電荷が一致することにより促進され得る。
【００７９】
本開示のフロー電池は、以下の作動特性の１以上を有することができる。すなわち、（ａ）フロー電池の作動中、第１の活物質又は第２の活物質が、アイオノマー膜を通過するイオンのモル流束の約３％未満を含むこと、（ｂ）往復電流効率が約７０％超、約８０％超、又は約９０％超であること、（ｃ）往復電流効率が約９０％超であること、（ｄ）第１の活物質と第２の活物質のいずれか又は両方の正味のイオン電荷の符号が、その酸化形態と還元形態の間で異ならず且つアイオノマー膜の符号と一致すること、（ｅ）アイオノマー膜の膜厚が、約１００μｍ未満、約７５μｍ未満、約５０μｍ未満又は約２５０μｍ未満であること、（ｆ）フロー電池が、約１００ｍＡ／ｃｍ2超の電流密度にて約６０％超の往復電圧効率で作動可能であること、及び、（ｇ）電解液のエネルギー密度が、約１０Ｗｈ／Ｌ超、約２０Ｗｈ／Ｌ超、又は約３０Ｗｈ／Ｌ超であることである。
【００８０】
場合によっては、ユーザが、単一の電気化学セルから得られる電圧よりも高い充放電電圧を得ることを望む場合がある。このような場合、いくつかの電池セルを直列に接続して、各セルの電圧が加算されるようにしてもよい。これにより、バイポーラスタックが形成される。バイポーラスタックは、電気化学スタックとも呼ばれる。本明細書で説明するように、バイポーラプレートを用いて隣接する電気化学セルを接続してバイポーラスタックにすることで、隣接セル間での電子の移動を可能としつつ流体又は気体の移動を抑制することが可能となる。個々のセルの正極コンパートメント及び負極コンパートメントは、バイポーラスタック内で共通の正及び負の流体マニホールドを介して流体接続されてよい。このように、複数のセルを直列に積み重ねることにより、ＤＣ用途に又はＡＣ用途への変換に適した電圧を得ることができる。
【００８１】
追加の実施形態では、セル、バイポーラスタック又は電池を、より大型のエネルギー貯蔵システム内に組み込むことができる。この大型システムは、大型ユニットの作動に有用な配管及び制御装置を適宜含む。そのようなシステムに適した配管、制御装置及びその他の設備は当技術分野において公知であり、例えば、電解液を各チャンバ内外に移動させるためにチャンバと流体連通した配管及びポンプと、充放電した電解液を保持するための貯蔵タンクと、を含み得る。本開示のセル、セルスタック及び電池はまた、作動管理システムを有することもできる。作動管理システムは、コンピュータ又はマイクロプロセッサなどの任意の適切なコントローラデバイスであってよく、各種のバルブ、ポンプ、循環回路などの作動を設定する論理回路を有することができる。
【００８２】
より具体的な実施形態において、フロー電池システムは、（セル又はセルスタックを有する）フロー電池と、電解液を収容及び輸送するための貯蔵タンク及び配管と、制御ハードウェア及びソフトウェア（安全システムを有していてもよい）と、電力調整ユニットとを含むことができる。フロー電池セルスタックは、充電サイクルと放電サイクルの間の切替えを実現するものであり、これによりピーク電力が決定される。貯蔵タンクは、本明細書に開示した配位錯体などの、正の活物質及び負の活物質を収容するものであり、このタンクの容量によって同システムに貯蔵されるエネルギー量が決定される。制御ソフトウェア、ハードウェア及び任意選択的な安全システムは、センサ、緩和装置及びその他の電子／ハードウェア制御装置、並びに、安全防護装置を適宜含み、フロー電池システムの安全で自律的かつ効率的な作動を保証するものである。電力調整ユニットは、エネルギー貯蔵システムのフロントエンド部で用いられ、入力電力の電圧及び電流をエネルギー貯蔵システムに最適な値に変換し、出力電力の電圧及び電流を利用用途に最適な値に変換することができる。送電網に接続されたエネルギー貯蔵システムの例の場合、充電サイクルでは、電力調整ユニットが入力ＡＣ電力をセルスタックに適した電圧及び電流のＤＣ電力に変換することができる。一方、放電サイクルでは、スタックがＤＣ電力を生成し、電力調整ユニットがこのＤＣ電力を送電網に送るのに適した電圧と周波数のＡＣ電力に変換する。
【００８３】
上記で別の定義を定めている場合を除き、又は当業者が別の意味で解している場合を除き、以下の段落における定義を本開示に適用することができる。
【００８４】
本明細書において、「エネルギー密度（energy density）」という用語は、活物質において単位体積当たりで貯蔵され得るエネルギーの量を指す。エネルギー密度は、エネルギー貯蔵の理論上のエネルギー密度を指し、以下の式１によって計算することができる。
エネルギー密度＝（２６．８Ａ−ｈ／ｍｏｌ）×ＯＣＶ×［ｅ-］      （１）
式中、ＯＣＶは５０％の充電状態での開路電位（open circuit potential）であり、（２６．８Ａ−ｈ／ｍｏｌ）はファラデー定数であり、［ｅ-］は９９％の充電状態で活物質に貯蔵される電子の濃度である。正の電解液及び負の電解液の活物質がいずれも原子種又は分子種を主に含む場合、［ｅ-］は以下の式２によって計算することができる。
［ｅ-］＝［活物質］×Ｎ／２      （２）
式中、［活物質］は負の電解液又は正の電解液の活物質のモル濃度のうちいずれか低い方であり、Ｎは活物質１分子当たりの移動電子（electrons transferred per molecule）の数である。関連用語の「電荷密度（charge density）」は、各電解液が含有する電荷の総量を指す。所与の電解液について、電荷密度は以下の式３によって計算することができる。
電荷密度＝（２６．８Ａ−ｈ／ｍｏｌ）×［活物質］×Ｎ      （３）
式中、［活物質］及びＮは上記で定めた通りである。
【００８５】
本明細書において、「電流密度（current density）」という用語は、電気化学セルに流れる総電流をセルの電極の幾何学的面積で除したものを指し、一般にｍＡ／ｃｍ2の単位で表される。
【００８６】
本明細書において、「電流効率（current efficiency）」（Ｉeff）という用語は、セルの放電時に生成される総電荷の充電時に移動する総電荷に対する比率であると説明することができる。電流効率は、フロー電池の充電状態の関数であり得る。限定を意図しないいくつかの実施形態では、電流効率は、充電状態が約３５％〜約６０％の範囲にある場合に求めることができる。
【００８７】
本明細書において、「電圧効率（voltage efficiency）」という用語は、所与の電流密度において測定される電極電位のその電極の半電池電位に対する比（×１００％）であると説明することができる。電圧効率には、電池の充電工程時の電圧効率や放電工程時の電圧効率又は「往復電圧効率（round trip voltage efficiency）」が含まれ得る。所与の電流密度における往復電圧効率（Ｖeff,RT）は、以下の式４を用いて、放電時のセル電圧（Ｖdischarge）と充電時の電圧（Ｖcharge）とから計算できる。
Ｖeff,RT＝Ｖdischarge／Ｖcharge×１００％      （４）
【００８８】
本明細書において、「負極（negative electrode）」及び「正極（positive electrode）」という用語は、相対的に規定された電極のことであり、充電サイクル及び放電サイクルのいずれにおいてもそれらが作動する実際の電位とは無関係に、負極が正極より負の電位で（またその逆で）作動するか、又は、作動するように設計若しくは意図されるものである。負極は、可逆水素電極より負の電位で実際に作動するか、又は、作動するように設計若しくは意図される場合があり、そうでない場合もある。本明細書に記載するように、負極は第１の電解液に関連付けられ、正極は第２の電解液に関連付けられている。負極に関連付けられた電解液をネゴライト（negolyte、負極電解液）、正極に関連付けられた電解液をポソライト（posolyte、正極電解液）と記載することがある。
【００８９】
さらに、本開示は、また、フロー電池内の固体を低減する方法を提供する。以上説明したように、固体は、フロー電池の寿命において、様々な位置又は時点にて形成されるおそれがあり、本開示の実施形態では、固体が生じたり低減されたりする特定の位置又は時点が特に限定されるものではない。
【００９０】
ある実施形態において、本開示の方法は、少なくとも１つの自律型固体分離器を、電解液を含有するフロー電池の少なくとも１つの半電池と流体連通させた状態で配置すること、電解液を、少なくとも１つの自律型固体分離器及び少なくとも１つの半電池を通過させて循環させること、少なくとも１つの自律型固体分離器から固体含有流出物を排出させること、及び、固体含有流出物を少なくとも１つの半電池から離すように導くこと、を含むことができる。様々な実施形態では、少なくとも１つの自律型固体分離器を、ラメラクラリファイヤ、ハイドロサイクロン又はそれらの任意の組み合わせとしてよい。
【００９１】
より詳細な実施形態において、本開示の方法は、少なくとも１つのラメラクラリファイヤを、電解液を含有するフロー電池の少なくとも１つの半電池と流体連通させた状態で配置すること、電解液を、少なくとも１つのラメラクラリファイヤ及び少なくとも１つの半電池を通過させて循環させること、少なくとも１つのラメラクラリファイヤから固体含有流出物を排出させること、及び、固体含有流出物を少なくとも１つの半電池から離すように導くこと、を含むことができる。より詳細な他の実施形態において、本開示の方法は、少なくとも１つのハイドロサイクロンを、電解液を含有するフロー電池の少なくとも１つの半電池と流体連通させた状態で配置すること、電解液を、少なくとも１つのハイドロサイクロン及び少なくとも１つの半電池を通過させて循環させること、少なくとも１つのハイドロサイクロンから固体含有流出物を排出させること、及び、固体含有流出物を少なくとも１つの半電池から離すように導くこと、を含むことができる。より特定的な実施形態では、以上説明したように、少なくとも１つのラメラクラリファイヤ又は少なくとも１つのハイドロサイクロンは、フロー電池内のフローループの一部を規定してよい。
【００９２】
本開示の方法は、自律型固体分離器からの固体含有流出物を処理することを更に含んでよい。より特定的には、本開示の方法は、電解液貯蔵器と、少なくとも１つのラメラクラリファイヤ又は少なくとも１つのハイドロサイクロンの流入位置と、フロー電池のフローループ外部のろ過システムと、フロー電池のフローループ外部の熱源と、フロー電池のフローループ外部の沈殿タンクと、これらの任意の組み合わせと、から選択された少なくとも１つの位置に固体含有流出物を導くことを含んでよい（例えば、図７〜図９を参照）。固体含有流出物が熱源に曝される実施形態では、本開示の方法は、以上概略的に説明したように、固体の少なくとも一部を再溶解させること、及び、電解液をフロー電池に戻すこと、を更に含んでよい。
【００９３】
さらに他の実施形態において、本開示の方法は、少なくとも１つのラメラクラリファイヤ又は少なくとも１つのハイドロサイクロンをバイパスするように電解液の少なくとも一部を迂回させることを含むことができる。以上説明したように、少なくとも１つのラメラクラリファイヤ又は少なくとも１つのハイドロサイクロンをバイパスするように構成された補助ラインを介して電解液を迂回させることができる。
【００９４】
以上開示した実施形態を参照して本開示を説明したが、当業者であれば、これらの実施形態が本開示を例示するものに過ぎないことが容易に認められるであろう。本開示の精神から逸脱することなく種々の変更が可能であることを理解されたい。上記の説明には含まれないが本開示の精神及び範囲に相応する任意の数の変形、改変、置き換え、又は同等の構成を組み込むことにより本開示を変更することができる。さらに、本開示の種々の実施形態について説明したが、本開示の態様は記載した実施形態の一部のみを含み得ることを理解されたい。従って、本開示は上述の記載によって限定されると見なされるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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