(57)【要約】【課題】  フロー電池用セパレータ層を提供する。【解決手段】  フロー電池は、第１の電極、第１の電極から離間した第２の電極、及び第１の電極と第２の電極との間に配置されたセパレータ層を有する電気化学セルを含む。セパレータ層は、不飽和窒素を含まない環状基、及び環状基間で結合する１つ以上の極性基を備えるポリマー骨格を有するポリマーで形成される。【選択図】図１
2017174814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極、前記第１の電極から離間した第２の電極、及び前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されたセパレータ層を含む電気化学セルを備えたフロー電池であって、
前記セパレータ層が、ポリマー骨格であって、不飽和窒素を含まない芳香族基、及び前記ポリマー骨格において結合する１つ以上の極性基を備えた、ポリマー骨格を有するポリマーで形成される、フロー電池。
【請求項２】
前記１つ以上の極性基が、硫黄、酸素、窒素、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される原子を含む、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項３】
前記芳香族基が窒素複素環を含む、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項４】
前記ポリマー骨格が不飽和窒素を含まない、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項５】
前記ポリマーが、前記１つ以上の極性基に非共有結合で結合する、吸着された酸性基または水性電解質の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項６】
前記ポリマーがポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項７】
前記ポリマーがポリアミドイミド（ＰＡＩ）を含む、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項８】
前記ポリマーがポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項９】
前記ポリマーがポリスルホン（ＰＳＦ）を含む、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項１０】
前記ポリマーがポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を含む、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項１１】
前記ポリマーが、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項１２】
前記電気化学セルの外部にある供給／貯蔵システムをさらに含み、前記供給／貯蔵システムが、第１及び第２の容器、前記第１及び第２の容器内のそれぞれ第１及び第２の液体電解質、前記第１及び第２の容器をそれぞれ前記第１の電極及び前記第２の電極に接続する流体ライン、ならびに前記第１及び第２の容器と前記電気化学セルとの間で前記流体ラインを介して前記第１及び第２の液体電解質を循環させるように動作可能である複数のポンプを含む、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項１３】
前記セパレータ層が約４２５ｍΩ*ｃｍ2未満の面積比抵抗を有する、請求項１に記載のフロー電池。
【請求項１４】
フロー電池で使用するためのセパレータ層であって、不飽和窒素を含まない芳香族基を備えるポリマー骨格を有するポリマーで形成され、かつ約４２５ｍΩ*ｃｍ2未満の面積比抵抗を有する、セパレータ層。
【請求項１５】
約３００ｍΩ*ｃｍ2未満の面積比抵抗を有する、請求項１４に記載のセパレータ層。
【請求項１６】
前記ポリマーが、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１４に記載のセパレータ層。
【請求項１７】
第１の電極、前記第１の電極から離間した第２の電極、及び前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されたセパレータ層を含み、前記第１の電極及び前記第２の電極が、約１００ｍＡ／ｃｍ2以上の電流密度で作動するよう構成された電気化学セルと、
前記電気化学セルの外部の供給／貯蔵システムであって、第１及び第２の容器、前記第１及び第２の容器内のそれぞれ第１及び第２の液体電解質、前記第１及び第２の容器をそれぞれ前記第１の電極及び前記第２の電極に接続する流体ライン、ならびに前記第１及び第２の容器と前記電気化学セルとの間で前記流体ラインを介して前記第１及び第２の液体電解質を循環させるように動作可能な複数のポンプを含む、前記供給／貯蔵システムと、
を備えたフロー電池であって、
前記セパレータ層が、ポリマー骨格であって、不飽和窒素を含まない芳香族基、及び前記ポリマー骨格において結合する１つ以上の極性基を備えた、ポリマー骨格を有するポリマーで形成される、フロー電池。
【請求項１８】
第１の電極、前記第１の電極から離間した第２の電極、及び前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されたセパレータ層を含む電気化学セルを備えたフロー電池であって、
前記セパレータ層が、トリアジン基を備えるポリマー骨格を有するポリマーで形成される、フロー電池。
【請求項１９】
前記ポリマー骨格が、前記ポリマー骨格において結合する１つ以上の極性基を含む、請求項１８に記載のフロー電池。
【請求項２０】
前記１つ以上の極性基が、硫黄、酸素、窒素、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される原子を含む、請求項１９に記載のフロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロー電池用セパレータ層に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロー電池は、レドックスフロー電池（redox flow battery）またはレドックスフローセル（redox flow cell）としても知られており、電気エネルギーを化学エネルギーに変換するように設計されていて、そのエネルギーは、貯蔵して、後に需要のある時に放出することができる。例として、フロー電池を風力発電システムなどの再生可能エネルギーシステムとともに使用して、消費者の需要を超えるエネルギーを貯蔵し、後にさらに需要がある時に、そのエネルギーを放出することが可能である。
【０００３】
典型的なフロー電池として、レドックスフロー電池が挙げられる。レドックスフロー電池はイオン交換膜によって分離された負極及び正極を有する。負極の液体電解質（アノード液と呼ばれることもある）を負極に送出し、正極の液体電解質（カソード液と呼ばれることもある）を正極に送出して、電気化学的に可逆的な酸化還元反応を駆立てる。充電に際し、供給された電気エネルギーにより、一方の電解質で化学的な還元反応が生じ、他方の電解質で酸化反応が生じる。セパレータは、電解質が自由にかつ急速に混合されることを防止するが、選択されたイオンを通過させて、酸化還元反応を完了させることができる。放電に際し、液体電解質に含まれる化学エネルギーが逆反応で放出され、電気エネルギーを電極から導くことができる。フロー電池は、とりわけ、可逆的な電気化学反応に関与する反応物質を含む、外部に供給される流体電解質溶液を使用していることで、他の電気化学装置と区別されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明は、酸化環境および酸性環境下で安定しており、かつ他の特性の中でもとりわけ良好なイオン伝導率およびイオン選択率を有するポリマーで形成されたセパレータ層、およびそうしたセパレータ層を備えたフロー電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の例によるフロー電池は、第１の電極、第１の電極から離間した第２の電極、及び第１の電極と第２の電極との間に配置されたセパレータ層を有する電気化学セルを含む。セパレータ層は、不飽和窒素を含まない芳香族基、及びポリマー骨格において結合する１つ以上の極性基を備えるポリマー骨格を有するポリマーで形成される。
【０００６】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、１つ以上の極性基は、硫黄、酸素、窒素、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される原子を含む。
【０００７】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、芳香族基は、窒素複素環を含む。
【０００８】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、ポリマー骨格は、不飽和窒素を含まない。
【０００９】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、ポリマーは、１つ以上の極性基に非共有結合で結合する、吸着（absorbed）された酸性基または水性電解質の少なくとも１つを含む。
【００１０】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、ポリマーは、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む。
【００１１】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、ポリマーは、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）を含む。
【００１２】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、ポリマーは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む。
【００１３】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、ポリマーは、ポリスルホン（ＰＳＦ）を含む。
【００１４】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、ポリマーは、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を含む。
【００１５】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、ポリマーは、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００１６】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、電気化学セルの外部にある供給／貯蔵システムを含む。供給／貯蔵システムは、第１及び第２の容器、第１及び第２の容器内のそれぞれ第１及び第２の液体電解質、第１及び第２の容器をそれぞれ第１の電極及び第２の電極に接続する流体ライン、ならびに第１及び第２の容器と電気化学セルとの間で流体ラインを介して第１及び第２の液体電解質を循環させるように動作可能である複数のポンプを含む。
【００１７】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、セパレータ層は、約４２５ｍΩ*ｃｍ2未満の面積比抵抗（area specific resistance）を有する。
【００１８】
フロー電池で使用するためのセパレータ層であって、このセパレータ層は、不飽和窒素を含まない芳香族基を備えるポリマー骨格を有するポリマーで形成され、かつ約４２５ｍΩ*ｃｍ2未満の面積比抵抗を有する。
【００１９】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、セパレータ層は、約３００ｍΩ*ｃｍ2未満の面積比抵抗を有する。
【００２０】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、ポリマーは、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００２１】
本開示の例によるフロー電池は、第１の電極、第１の電極から離間した第２の電極、及び第１の電極と第２の電極との間に配置されたセパレータ層を有する電気化学セルを含む。第１の電極及び第２の電極は、約１００ｍＡ／ｃｍ2以上の電流密度で、電気化学セルの外部にある供給／貯蔵システムにて作動するように構成される。供給／貯蔵システムは、第１及び第２の容器、第１及び第２の容器内のそれぞれ第１及び第２の液体電解質、第１の電極及び第２の電極に第１及び第２の容器をそれぞれ接続する流体ライン、ならびに第１及び第２の液体電解質を第１及び第２の容器と電気化学セルとの間で流体ラインを介して循環させるように動作可能な複数のポンプを含む。セパレータ層は、不飽和窒素を含まない芳香族基、及びポリマー骨格において結合する１つ以上の極性基を備えるポリマー骨格を有するポリマーで形成される。
【００２２】
本開示の例によるフロー電池は、第１の電極、第１の電極から離間した第２の電極、及び第１の電極と第２の電極との間に配置されたセパレータ層を有する電気化学セルを含む。セパレータ層は、トリアジン基を備えるポリマー骨格を有するポリマーで形成される。
【００２３】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、ポリマー骨格は、ポリマー骨格において結合する１つ以上の極性基を含む。
【００２４】
前述した実施形態のいずれかのさらなる実施形態で、１つ以上の極性基は、硫黄、酸素、窒素、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される原子を含む。
【００２５】
本開示の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。詳細な説明に添付されている図面は、以下のように簡潔に説明できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】例示的なフロー電池を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、電気エネルギーを選択的に貯蔵して放電するための例示的なフロー電池２０の一部を概略的に示している。例として、フロー電池２０は、再生可能エネルギーシステムで発生した電気エネルギーを化学エネルギーに変換するために使用することができる。このエネルギーは、後のより多くの需要がある時まで貯蔵する。需要があった際、フロー電池２０は、化学エネルギーをまた電気エネルギーに変換し戻す。フロー電池２０は、例えば電気用グリッドに電気エネルギーを供給することができる。
【００２８】
フロー電池２０は流体電解質２２を含む。この流体電解質２２は電気化学的活性種２４を有し、これはさらなる流体電解質２６に対するレドックス対で機能する。流体電解質２６は電気化学的活性種２８を有する。電気化学的活性種２４／２８は、水溶液または希釈した酸、例えば１〜５Ｍの硫酸などのそれらに限定されない選択された溶液中で、複数の可逆的な酸化状態を有する元素のイオンを含む。いくつかの例で、複数の酸化状態は、例えば、バナジウム、鉄、マンガン、クロム、亜鉛、モリブデン、及びそれらの組み合わせを含むがそれらに限定されない遷移金属、ならびに、例えば、硫黄、セリウム、鉛、スズ、チタン、ゲルマニウム、及びそれらの組み合わせが含まれるがそれらに限定されない他の元素に対して、非ゼロ酸化状態（non-zero oxidation states）である。いくつかの例では、ゼロ酸化状態で、元素が選択された溶液に易溶性である場合に、複数の酸化状態がゼロ酸化状態を含む場合がある。そのような元素として、臭素、塩素、及びそれらの組み合わせなどのハロゲンを挙げることができる。また、電気化学的活性種２４／２８は、キノンなどの電気化学的な可逆反応を経る基を含む有機分子であってもよい。
【００２９】
第１の流体電解質２２（例えば負極の電解質）及び第２の流体電解質２６（例えば正極の電解質）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に含まれる。流体電解質２２／２６は、ポンプ３５を用いて、各供給ライン３８を介してフロー電池２０の少なくとも１つの電気化学セル３６に送出され、セル３６からリターンライン４０を介して容器３２／３４に戻される。供給ライン３８及びリターンライン４０は、容器３２／３４と第１及び第２の電極４２／４４とを接続する。複数のセル３６は、スタックとして設けてもよい。
【００３０】
セル３６は、第１の電極４２、第１の電極４２から離間した第２の電極４４、及び第１の電極４２と第２の電極４４との間に配置されたセパレータ層４６とを含む。例えば、電極４２／４４は、カーボン紙またはフェルトなどの多孔性の炭素構造物である。電極４２／４４は各々、約１００ｍＡ／ｃｍ2以上であるがこれに限定されない電流密度などの比較的高い電流密度で作動するように構成することができる。
【００３１】
概して、セル（複数可）３６は、流れ場チャネルを介して流体電解質２２／２６を電極４２／４４に送出するためのバイポーラプレート、マニホルドなどを含むことができる。バイポーラプレートは、例えばカーボンプレートであってよい。しかし、他の構成も使用できることを理解されたい。例えば、代替的に、セル（複数可）３６を貫流作動用に構成することができ、この場合、流れ場チャネルを使用せずに、流体電解質２２／２６を電極４２／４４に直接ポンプする。
【００３２】
流体電解質２２／２６をセル３６に送出して、電気エネルギーを化学エネルギーに変換するか、逆反応で、化学エネルギーを放電可能な電気エネルギーに変換する。電気エネルギーは、電極４２／４４と電気的に接続した電気回路４８を介してセル３６に伝送され、また、ここから伝送される。
【００３３】
セパレータ層４６は、流体電解質２２／２６が自由にかつ急速に混合されることを防止するが、電極４２／４４を電気的に絶縁しながら、選択されたイオンを通過させて酸化還元反応を完了させることを可能にする。この点に関して、流体電解質２２／２６は、概して、充電、放電、及び停止状態などの通常の作動の間、互いに隔離されている。
【００３４】
特に、気体の燃料電池と比較して、フロー電池は高い酸化環境及び酸性環境下にあるため、セパレータ層またはイオン交換膜として有用な材料は、ごくわずかである（例えば、パーフルオロスルホン酸がある）。気体燃料電池のあまり厳しくない環境下では有効な場合がある材料は、フロー電池の酸化環境及び酸性環境によって劣化し、イオン伝導率（例えば、プロトン伝導率）及び／またはイオン選択率（例えば、バナジウム、またはエネルギー効率を低下させ得る他の電気化学的活性種のイオンの浸透の阻害）が不適切なものとなってしまう。これに関して、以下でさらに考察されるように、開示されたセパレータ層４６は、フロー電池２０の酸化環境及び酸性環境下で安定しており、かつ他の特性の中でもとりわけ、良好なイオン伝導率及びイオン選択率を有することが可能なポリマーで形成する。
【００３５】
セパレータ層４６は、イオン伝導率及びイオン選択率に加えて、イオンの抵抗、面積比抵抗（area specific resistance）、ならびに導電率及び抵抗率などの特性を有する。イオンの抵抗は、セパレータ層４６の対向する面の間で、オーム（Ω）で測定する。イオンの抵抗は、セパレータ層４６の厚さ、断面積、及びバルク抵抗率の関数である。（イオンの）面積比抵抗は、イオンの抵抗及び断面積の関数である。面積比抵抗は、ＲAS＝Ｒ*Ａ（式中、ＲASは面積比抵抗、Ｒはイオンの抵抗であり、Ａは断面積である）という等式で、面積２乗あたりのアンペアの単位で計算することができる。
【００３６】
例として、セパレータ層４６は、不飽和窒素を含まない（すなわち除外した）芳香族基を備え、かつポリマー骨格内で結合する１つ以上の極性基を備えた、ポリマー骨格を有するポリマーで形成される。そのような極性基は、環式基（cyclic group）間に位置してもよいが、こうした位置に限定されない。芳香族基は、フロー電池２０の酸化環境及び酸性環境下で良好な化学的安定性をセパレータ層４６にもたらすことができるが、極性基は永久双極子を提供でき、これは吸着された酸性基及び／または水性電解質に非共有結合で結合し、イオン伝導を促進するのに役立つ。例として、１つ以上の極性基は、硫黄、酸素、窒素、及びそれらの組み合わせから選択される、１つ以上の高電気陰性原子を有する基を含むが、これらに限定されない。さらなる例で、極性基は、化学構造：Ｃ−Ｏ−Ｃ、Ｃ＝Ｏ、Ｎ−Ｃ＝Ｏ、Ｓ＝Ｏ、Ｓ＝Ｏ＝Ｓ、またはＣ−Ｓのうち１つ以上を含む。
【００３７】
さらなる例で、ポリマー骨格の芳香族基は、６個の炭素原子の環及び／または窒素複素環を備える芳香族基を含む。芳香族基は不飽和窒素を含まないため、窒素複素環も不飽和窒素を含まない。このような窒素複素環は、限定されないが、窒素原子１個及び炭素原子４個を有する５個の原子の環を含み得る。理解されるように、ヒュッケル則による他の芳香族基及び窒素複素環を備える芳香族基を、追加としてまたは代替的に使用してもよい。
【００３８】
さらに、フロー電池２０は概して、一部の種類の燃料電池（例えば、２００°Ｃ超）よりもはるかに低い温度（例えば１００°Ｃ未満、ただし通常は５０°Ｃ未満）で作動する。したがって、選択されたポリマーは、燃料電池の膜に必要とされる高温での安定性を有する必要がない。例えば、選択されたポリマーのガラス転移温度は、フロー電池２０の予測される作動温度（５０°Ｃまたは１００°Ｃ超）をわずかに超える必要があるだけである。
【００３９】
さらなる例では、セパレータ層４６のポリマーは、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、またはそれら組み合わせから選択される。本明細書の例示的なポリマーは、ポリマーの分子式及びその式に基づく任意の異性体を含むことを理解されたい。さらに、組み合わせは、混合物、合金、及びコポリマー、ターポリマー、第４級ポリマー（など）の形態であってもよいが、その場合、成分の少なくとも一部は、後に列挙するポリマーのものである。以下に示すのは、セパレータ層４６のポリマーの例示的な構造であり、極性基の１つ以上に非共有結合で結合する、吸着された酸性基または水性電解質は、「Ａ」で表されている。
【００４０】
ポリエーテルイミド：
【００４１】
【化１】
2017174814.tif 000003
【００４２】
ポリアミドイミド：
【００４３】
【化２】
2017174814.tif 000004
【００４４】
ポリエーテルエーテルケトン：
【００４５】
【化３】
2017174814.tif 000005
【００４６】
ポリスルホン：
【００４７】
【化４】
2017174814.tif 000006
【００４８】
ポリフェニレンスルフィド：
【００４９】
【化５】
2017174814.tif 000007
【００５０】
。
【００５１】
別の例では、セパレータ層４６は、トリアジン基を備えるポリマー骨格を有するポリマーで形成されている。トリアジン基は、芳香環に３個の窒素原子を含む窒素複素環である。また、さらなる例で、ポリマー骨格は、ポリマー骨格内で結合される、本明細書で上述したような１つ以上の極性基を含み得る。トリアジン基は、セパレータ層４６にフロー電池２０の酸化環境及び酸性環境下での良好な化学的安定性をもたらし得るが、極性基は永久双極子を提供することができ、これは吸着された酸性基及び／または水性電解質に非共有結合で結合し、イオン伝導を促進するのに役立つ。
【００５２】
さらなる例では、セパレータ層４６は、フロー電池２０が約１００ｍＡ／ｃｍ2を超える平均電流密度（例えば、２００ｍＡ／ｃｍ2超）で作動することに基づき、約１２５マイクロメートル未満または１００マイクロメートル未満の厚さを有する。さらなる例では、フロー電池２０が約１００ｍＡ／ｃｍ2を超える平均電流密度（例えば、２００ｍＡ／ｃｍ2超）で作動することに基づき、面積比抵抗は約４２５ｍΩ*ｃｍ2未満である。さらなる例では、セパレータ層４６は、約４２５ｍΩ*ｃｍ2未満の面積比抵抗を有し、セパレータ層４６のポリマーは、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリスチレン、またはそれらの組み合わせから選択される。
【００５３】
さらなる例では、フロー電池２０が約１００ｍＡ／ｃｍ2を超える平均電流密度（例えば、２００ｍＡ／ｃｍ2超）で作動すること、及び水性電解質２２／２６の使用に基づき、セパレータ層４６の面積比抵抗は約３００ｍΩ*ｃｍ2未満である。さらなる例では、セパレータ層４６のイオン伝導率は、０．０５Ｓ／ｃｍ以上である。
【００５４】
追加の例では、セパレータ層４６は、約１×１０4Ω*ｃｍ2を超える電子の面積比抵抗を有する。電子の面積比抵抗（electronic area specific resistance）は、イオンの面積比抵抗と類似しているが、計算する際にはイオンの抵抗ではなく電気抵抗を利用する。さらなる例では、異種の電解質２２／２６の使用に基づき、セパレータ層４６は、９９．９９５％超というサイクル毎の選択率を有する。サイクル毎の選択率（per-cycle selectivity）は、完全な充電／放電サイクルにわたり通過した所望のイオンのモル数を、その通過した所望のイオンのモル数と、充電／放電サイクルあたりの電流効率を低下または損失させる可能性がある反応物または他の種のモル数と、の合計で割ったものと定義される。
【００５５】
セパレータ層４６は、ポリマーの比較的均一な薄い層を生成することができる技術を用いて製造することができる。例示的な技術には、溶液流延法（solution casting）、ブレードコーティング、スピンコーティング、浸漬成形、溶融プレス、押出し、及びゾル・ゲル法を含み得るが、これらに限定されない。
【００５６】
追加の例では、イオン伝導率と選択率間のバランスを調整するように、製造技術が適合されている。例えば、製造された状態のポリマーが、イオン伝導率が低くかつ選択率が高い場合、その技術により、選択率の一部を犠牲にしてより良好な伝導率を得るように適合される場合がある。この点に関し、セパレータ層４６を、多孔性を制御しながら製造することができる。多孔性があることで、酸性基（例えば、酸性の電解質）をより多く取り込むことが可能になる。酸性基はポリマーの極性基の永久双極子にて非共有結合で結合し、イオン伝導率を増加させ得るものである。こうした多孔性により導電性を増大させながら、電気化学的に活性なイオンが移動することができるより大きな自由体積を供給することにより、選択率を減少させることもできる。
【００５７】
適合される製造技術の一例として、溶液流延材料の中に粉末及び／または液体の添加剤などの犠牲的添加剤を含むものが挙げられる。犠牲的添加剤（sacrificial additive）は、溶液流延材料の中に混合されて分散される。流延及び乾燥／硬化の際に、添加剤はセパレータ層４６内に残留する。しかし、添加剤は、フロー電池２０で使用される液体電解質に対して活性があり、その結果、添加剤は、ひとたび液体電解質に曝されると溶解または反応する。その反応または溶解は、セパレータ層４６から添加剤を除去するのに役立ち、それによって、電解液から酸性基を取り込むため、セパレータ層４６に制御された多孔性が残る。例として、添加剤は、シュウ酸、ポリエチレングリコール、またはそれらの組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。セパレータ層４６は、いかなる液体電解質も吸着することなく「乾燥」状態で製造され、続いて乾燥状態でフロー電池２０に設置することができ、それによって設置中の処理及び圧迫による応力に対する許容度が増大する。
【００５８】
粉末が反応または溶解すると、液体電解質のプロトンが消費される場合がある。しかし、液体電解質に与える影響は低く、またその影響は、影響を受ける活性種の濃度がより高くなるように液体電解質を最初に配合する際に、説明することができるものである。
【００５９】
説明した例で特徴を組み合わせて示しているが、本開示の様々な実施形態の利点を実現するために、それらのすべてを組み合わせる必要はない。換言すると、本開示の実施形態に従って設計されるシステムは、必ずしも図面のいずれか１つに示される特徴をすべて含むとは限らず、また図面に概略的に示されている部分をすべて含むとは限らない。さらに、１つの例示的な実施形態の選択された特徴を、他の例示的な実施形態の選択された特徴と組み合わせてもよい。
【００６０】
前述の説明は、本質的に、限定するものではなく例示的なものである。開示された例に対し変形及び変更を加えることは、必ずしも本開示から逸脱するものではないことが、当業者に明らかになり得る。本開示に与えられる法的保護の範囲は、以下の特許請求項を検討することによってのみ判定できる。
【符号の説明】
【００６１】
２０…フロー電池
２２…第１の流体電解質
２４…第１の電気化学的活性種
２６…第２の流体電解質
２８…第２の電気化学的活性種
３０…供給／貯蔵システム
３２…第１の容器
３４…第２の容器
３５…ポンプ
３６…電気化学的セル
３８…供給ライン
４０…リターンライン
４２…第１の電極
４４…第２の電極
４６…セパレータ層
４８…電気回路
【図１】
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