(57)【要約】  アルカリ負極中に鉄を含み、金属鉄が鉄ＩＩ水酸化物に酸化され、また、アルカリ正極中にフェリシアニドを含み、フェリシアニドがフェロシアニドに還元されるボルタセル、およびその使用。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ負極中に鉄を含み、金属鉄が鉄水酸化物に酸化され、およびアルカリ正極中にフェリシアニドを含み、フェリシアニドがフェロシアニドに還元される、ボルタセル。
【請求項２】
前記正極が触媒多孔質構造体を含む、請求項１に記載のボルタセル。
【請求項３】
前記正極がニッケルおよび炭素からなる群から選択される、請求項２に記載のボルタセル。
【請求項４】
前記負極と前記正極との間にセパレータを含み、フェリシアニドの前記鉄負極への自由な接近を防止する、請求項１に記載のボルタセル。
【請求項５】
前記セパレータがイオン交換膜を含む、請求項４に記載のボルタセル。
【請求項６】
アルカリ負極中の前記鉄のアルカリが、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ水溶液およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のボルタセル。
【請求項７】
フェリシアニドイオンが、ＫＯＨ、ＮａＯＨおよびＬｉＯＨからなる群から選択されるアルカリ水溶液と、ナトリウムフェリシアニドおよびカリウムフェリシアニドからなる群から選択されるフェリシアニドを混合することにより提供される、請求項１に記載のボルタセル。
【請求項８】
再充電可能なセルである、請求項１に記載のボルタセル。
【請求項９】
フェリシアニドおよびフェロシアニド溶液の内の少なくとも１種を圧送し、貯蔵するためのポンプおよび貯蔵タンクをさらに含む、請求項２に記載のボルタセル。
【請求項１０】
前記貯蔵タンクが、フェリシアニド溶液を前記セルへの送出および前記セルからのフェロシアニド溶液の受取りを可能とすると同時に前記フェリシアニドおよびフェロシアニド溶液を別々に保持する隔壁により２つの区画に分離されている、請求項９に記載のボルタセル。
【請求項１１】
前記隔壁が可撓性である、請求項１０に記載のボルタセル。
【請求項１２】
複数の請求項１に記載のボルタセルを含む、電池。
【請求項１３】
１つの電圧と別の電圧との間の電力変換のために、前記電池の充放電時にセルの異なる直列−並列構成を含む、請求項１２に記載の電池。
【請求項１４】
フェリシアニドおよび／またはフェロシアニド溶液を圧送および貯蔵するための少なくとも１つのポンプおよび少なくとも１つの貯蔵タンクを含む、請求項１２に記載の電池。
【請求項１５】
ＤＣ／ＤＣ電力変換装置として構成される、請求項１２に記載の電池。
【請求項１６】
スイッチギアをさらに含み、ＡＣ／ＤＣ、ＡＣ／ＡＣおよびＤＣ／ＡＣ変換装置 からなる群の１つとして構成される、請求項１２に記載の電池。 
【請求項１７】
請求項１に記載のボルタセルを含む、ＵＰＳ。
【請求項１８】
車輪の付いた車台上に請求項１に記載のボルタセルを含む、乗り物。
【請求項１９】
ソーラパネルまたは風力タービンを含む群の内の少なくとも１種に接続された請求項１に記載のボルタ電力セルを含む、独立型電力システム。
【請求項２０】
電池の負極で金属鉄を鉄水酸化物に酸化すること、および前記電池の正極でフェリシアニドをフェロシアニドに還元することを含む、発電方法。
【請求項２１】
フロー電池の負極で鉄水酸化物を金属鉄に還元すること、および前記フロー電池の正極でフェロシアニドをフェリシアニドに酸化し、それにより前記フロー電池を充電することを含む、電気を貯蔵する方法。
【請求項２２】
請求項１に記載のフロー電池のオフピーク時間中に余剰電力を貯蔵すること、および電力ピーク負荷期間中に電力を放出することを含む、送電網の負荷バランスをとる方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
開示の分野
本発明は燃料セルおよび燃料電池に関し、特に充電可能な発電用フロー電池に関する。
【０００２】
関連技術の説明
フロー電池は充電可能な燃料セルであり、１種または複数種の溶解した電気活性種を含む電解質が電気化学セル中を通って流れ、化学エネルギーが直接的にかつ可逆的に電気に変換される。別の電解質が外部に、通常は、１つまたは複数の貯蔵用タンク中に貯蔵され、反応器のセル（または電池）を通して圧送されるのが通例であるが、重力送りシステムも同様に知られている。フロー電池は電解質液を置き換えることにより急速に再充電することができ、使用済み材料は並行して回収され、再活性化される。
【０００３】
様々な種類のフロー電池が存在する。フロー電池の１つの種類はレドックス（還元−酸化）フロー電池であり、これは全ての電気活性成分が電解質中に溶解している可逆的燃料セルである。レドックスフロー電池は２次燃料セルまたは再生燃料セルであり、その電池が再充電可能であることを意味する。化学エネルギーはほぼ完全に電気エネルギーに変換され、逆電流を通すことにより電池を再充電することができる。
【０００４】
１種または複数種の電気活性成分が固体層として堆積したフロー電池は、ハイブリッドフロー電池として知られる。このような電気化学セルは、１つの電池電極（固相）および１つの燃料セル電極を備える。ハイブリッドフロー電池の一例は、エネルギー貯蔵用に使用することができる亜鉛−臭素電池であり、この場合、亜鉛負極は固相電極で、溶解した臭素は正極成分である。
【０００５】
レドックスタイプとハイブリッドタイプフロー電池の主な違いは、エネルギーが電解質量、すなわち、タンクサイズに関係し、出力が電極面積により決まるために、その他の燃料セルの場合と同様に、レドックスフロー電池のエネルギーが出力とは完全に分離されている点にある。しかし、典型的な電池と同様に、ハイブリッドフロー電池のエネルギーは電池電極のサイズにより制限される。 
【０００６】
最も単純な形態では、フロー電池またはフローセルはイオン選択性膜により分離された２種の溶液を備え、それぞれの溶液は、触媒電極と接触し、別のタンク中で貯蔵するために、その電極の傍またはその電極を通って圧送され得る（流出流）。
【０００７】
従来のハイブリッドフロー電池は、低コストフロー電池のサブクラスに属し、このクラスでは唯一レドックス溶液のみが使用されている。その他の電極は、充電時に塩類溶液から沈澱した活性金属を含む。ハイブリッドフロー電池の一例は、酸性溶液を使った鉄／塩化第二鉄であり、充電時に鉄は負極電流コレクタに沈着する。他の例には、亜鉛−臭素、亜鉛−セリウムおよび鉛−酸フロー電池が挙げられる。
【０００８】
Ａｄａｍｓ（Ｌｏｃｋｈｅｅｄ）による米国特許第４，１８０，６２３号は、アルカリ溶液を使用する亜鉛／ナトリウムフェリシアニドをベースにしたハイブリッドフロー電池の一例を記載している。この場合、充電時に亜鉛が負極電流コレクタに沈着する。放電時には、亜鉛は溶液中に溶解する。
【０００９】
ハイブリッドフロー電池システムは、依然として２つのポンプおよび２つのタンクを必要とし、また、サイクル寿命が限られるか、または充電時の金属樹枝状結晶の形成および過度の寄生水素発生に起因してエネルギー効率が低い場合が多い。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の第１の態様は、ボルタセルに関し、このセルは、アルカリ負極中に鉄を含み、放電時に金属鉄が鉄ＩＩ水酸化物に酸化され、また、アルカリ正極中にフェリシアニドを含み、放電時にフェリシアニド（三価の鉄）がフェロシアニド（二価の鉄）に還元される。
【００１１】
セル反応は次の通り：Ｆｅ＋２ＦｅＩＩＩ（ＣＮ）６３−＋２ＯＨ−＝２ＦｅＩＩ（ＣＮ）６４−＋Ｆｅ（ＯＨ）２
アルカリ電解質は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムおよびそれらの混合物からなる群より選択することができる。
【００１２】
正極は、充電時のフェロシアニドからフェリシアニドへの変換と、放電時の逆反応のレドックスプロセスを促進するニッケルまたは炭素を含む触媒の多孔質構造体であってよい。さらに、イオン選択性膜などのセパレータを負極と正極との間に配置し、フェリシアニドの鉄負極への自由な接近（これにより自己放電を起こす）を防ぐことができる。
【００１３】
ボルタセルは、フェリシアニドおよび／またはフェロシアニド溶液を圧送し、貯蔵するためのポンプおよび貯蔵タンクをさらに含む。一実施形態では、貯蔵タンクは、例えば、可撓性で不透過性の仕切りを使って２つの区画に分割することができ、それにより、充電されたフェリシアニド溶液のみが放電のために１つの区画からセルに供給され、一方、セルから出ていく放電されたフェロシアニド溶液は貯蔵のために第２の区画に供給される。
【００１４】
通常、ボルタセルは再充電可能である。
【００１５】
第２の態様は、複数のボルタセルを含む電池に関し、この電池は、それぞれがアルカリ負極中に鉄を含み、金属鉄が鉄ＩＩ水酸化物に酸化され、また、アルカリ正極中にフェリシアニドを含み、フェリシアニドがフェロシアニドに還元される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、電池は異なる数の入力および出力セルを含むことができる。このような電池は１つの電圧と別の電圧の間での電力変換に使用することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、電池はフェリシアニドおよびフェロシアニド溶液の内の少なくとも１種を圧送および貯蔵するためのポンプおよび貯蔵タンクの内の少なくとも１つを備える。
【００１８】
いくつかの実施形態では、電池はＤＣ／ＤＣ電力変換装置として構成することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、電池はスイッチギアをさらに備え、ＡＣ／ＤＣ、ＡＣ／ＡＣおよびＤＣ／ＡＣ変換装置 からなる群の１つとして構成することができる。 
【００２０】
第３の態様は、ボルタセルを含むＵＰＳに関し、このＵＰＳは、アルカリ負極中に鉄を含み、金属鉄が鉄ＩＩ水酸化物に酸化され、また、アルカリ正極中にフェリシアニドを含み、フェリシアニドがフェロシアニドに還元される。
【００２１】
第４の態様は、車輪の付いた車台およびボルタセルを含む乗り物に関し、このボルタセルは、アルカリ負極中に鉄を含み、金属鉄が鉄ＩＩ水酸化物に酸化され、また、アルカリ正極中にフェリシアニドを含み、フェリシアニドがフェロシアニドに還元される。
【００２２】
第５の態様は、ボルタ電力セルを備える独立型電力システムの提供に関し、この電力セルは、アルカリ負極中に鉄を含み、金属鉄が鉄ＩＩ水酸化物に酸化され、また、アルカリ正極中にフェリシアニドを含み、フェリシアニドがフェロシアニドに還元され、さらに、ソーラパネルおよび風力タービンを含む群の内の少なくとも１種に接続される。
【００２３】
第６の態様は、電池の負極で金属鉄を鉄ＩＩ水酸化物に酸化すること、および電池の正極でフェリシアニドをフェロシアニドに還元することを含む発電方法に関する。
【００２４】
第７の態様は、フロー電池の負極で鉄ＩＩ水酸化物を金属鉄に還元すること、およびフロー電池の正極でフェロシアニドをフェリシアニドに酸化し、それによりフロー電池を充電することを含む電気を貯蔵する方法に関する。
【００２５】
第８の態様は、アルカリ負極中に鉄を含み、金属鉄が鉄ＩＩ水酸化物に酸化され、また、アルカリ正極中にフェリシアニドを含み、フェリシアニドがフェロシアニドに還元されるボルタセルを含むフロー電池のオフピーク時間中に余剰電力を貯蔵すること、および電力ピーク負荷期間中に電力を放出することを含む送電網の負荷バランスをとる方法に関する。
【００２６】
本発明のさらなる理解のために、また、本発明の実施方法を示すために、単に例示の目的で付随する図に対し参照を行うが、示された詳細事項は、単に本発明の好ましい実施形態を例示し、説明的な考察を目的とし、本発明の原理と概念的側面の説明に最も有用で容易に理解される説明であると考えられる内容を提供するために呈示されていることが強調される。
【００２７】
図では、通常、類似の要素は、類似の参照番号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１はフローセルの先行技術を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態のフローセルの模式図である。
【図３】図３は、電池の負極で金属鉄を鉄ＩＩ水酸化物に酸化すること、および電池の正極でフェリシアニドをフェロシアニドに還元することを含む発電方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、フロー電池の負極で鉄ＩＩ水酸化物を金属鉄に還元すること、および前記フロー電池の正極でフェロシアニドをフェリシアニドに酸化し、それによりフロー電池を充電することを含む電気を貯蔵する方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図２のフロー電池のオフピーク時間中に余剰電力を貯蔵すること、および電力ピーク負荷期間中に電力を放出することを含む送電網の負荷バランスをとる方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、直列に接続されている複数（３つ）のフローセルを示す。
【図７】図７は、並列に接続されている複数（３つ）のフローセルを示す。
【図８】図８は、ＵＰＳとして構成された図２のフローセルを示す。
【図９】図９は、車輪の付いた車台上に図２のフローセルを含む乗り物を示す。
【図１０】図１０は、風力タービンに接続された図２のボルタ電力セルを含む独立型電力システムを示す。
【図１１】図１１は、水力タービンに接続された図２のボルタ電力セルを含む独立型電力システムを示す。
【図１２】図１２は、ソーラパネルアレイに接続された図２のボルタ電力セルを含む独立型電力システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１を参照すると、先行技術のフローセル１００が示されている。フローセル１００は、イオン選択性膜１０８により分離された２つの半セル１０４、１０６を備えるボルタ電池セル１０２から構成される。第１の半セル１０４は、リザーバーすなわち第１の電解質タンク１１４からポンプ１１２を介して圧送される第１の電解質溶液１１０を含む。第２の半セル１０６は、第２の電解質タンク１２０からポンプ１１８を介して圧送される第２の電解質溶液１１６を含む。負極１２２は第１の半セル１０４と電気接触状態にあり、正極１２４は第２の半セル１０６と電気接触状態にある。放電時には、第１の電解質１１０は第１の電解質タンク１１４からポンプ１１２により第１の半セル１０４に圧送され、電解質１１０の、例えば、金属イオン（カチオン）から電子が取り除かれ、カチオンの原子価が増加する。第２の半セル１０６では、電子が、例えば、金属イオンに付加され、金属イオンの原子価が減少する。正極１２４と負極１２２との間で正味電圧および負極１２２から正極１２４への電子の流れが存在し、これは正極１２４から負極１２２への通常の電流と同等であり、この電流により負極１２２と正極１２４との間（すなわち、フローセル１００）に接続された負荷１２６を駆動することができ、それにより仕事を行うことができる。
【００３０】
このようなフローセル１００は、少々非効率的である。電解質をシステム中に圧送するポンプ１１２、１１８を駆動するエネルギーが必要である。このエネルギーは寄生エネルギーとして知られ、このようなフローセルの効率を低下させる。このタイプのフローセル１００は、負荷１２６に代えて電源１２８を接続することにより再充電することができる。電源１２８は、第１の電解質１１０中に電子を通し、そこで正極の原子価を低下させ、第２の電解質１１６中のカチオンから電極を取り除いて原子価を増加させる。
【００３１】
この場合も、電源１２８の内の一部のエネルギーが電解質１１０、１１６をシステム中に圧送するために必要であり、この寄生エネルギーロスが燃料セル１００の効率を低下させる。
【００３２】
先行技術のフロー電池１００の一例は、バナジウムレドックスフロー電池である。この電池は、例えば、膜１０８の負極半セル１０４（マイナス）側の硫酸塩としてＶ２＋からＶ３＋への、および膜１０８の正極半セル１０６（プラス）側の硫酸塩としてＶ５＋からＶ４＋への充電プロセスを想定した、放電と充電時に価数変化が可能な酸溶液中の塩をベースにしている。膜１０８は、イオン選択性で、例えば、硫酸塩イオンを自由に通過させるが、バナジウムカチオンの通過を防ぐ。セル電圧は、典型的には、充放電時に１〜２Ｖである。このようなシステムは、長寿命が約束され、５０００回を超える充放電サイクルが可能である。従って、フロー電池１００は、従来の固相の電極活性材料が必要ではなく、触媒電極での溶液相価数変化のみが必要であるために、実用的用途に使用することができる。しかし、２つのポンプ１１２、１１８および２つのタンク１１４、１２０を必要とするために、従来のフロー電池システムは複雑である。さらに、バナジウム塩は高価である。フロー電池の他の例には、多硫化物臭化物バッテリー（Ｒｅｇｅｎｅｓｙｓ）およびウラニウムレドックスフロー電池が挙げられる。
【００３３】
図２を参照すると、本発明の一実施形態は、１つの半セル２０２中の固相鉄負極２０４、イオン分離膜２０８およびもう１つの半セル２０６中のニッケルまたは炭素正極電流コレクタ２２４と共にアルカリフェリシアニド溶液２１６を備える新規フロー電池２００に関する。正極電流コレクタ２２４は、ニッケル発泡体、炭素フェルトなどの大きな表面積を有する形態であるのが好ましく、また、触媒、例えば、遷移金属酸化物の層でコーティングしてもよい。鉄負極２０４は、焼結しても、もしくはプレス成形してもよく、または微小粒子またはナノ粒子から作成してもよく、大きな表面積を有してもよい。半セル２０２は、ナトリウムフェリシアニド、カリウムフェリシアニドまたはそれらの混合物を任意に含むＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ水溶液またはそれらの混合物などのアルカリ溶液２３０で満たされる。鉄および鉄水酸化物の両方は、アルカリに極めて不溶性であるため、充放電の両状態下で固相中に残る。その結果、第１のポンプ１１２および第１の電解質タンク１１４すなわちリザーバーは必要ない。正極２２４では、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ水溶液、またはそれらの混合物を含み、ナトリウムフェリシアニド、カリウムフェリシアニドまたはそれらの混合物も同様に含むアルカリフェリシアニドの電解質２１６がフェロシアニドに還元されるので、貯蔵タンク２２０およびポンプ２１８が必要である。それにもかかわらず、鉄およびフェリシアニドの組み合わせは、１つのみのポンプ２１８および１つのみの貯蔵タンク２２０の使用を可能とし、その結果、図２に示すフローセルシステム２００は、図１に示す先行技術フローセル１００より単純になり、寄生ポンピングエネルギーが最小化される。充填セルは、負荷２２６に電力を供給することができ、放電の間またはその後、外部電源２２８から電力を受けることができる。
【００３４】
鉄負極２０４は十分に確立されており、例えば、堅牢なエジソン型ニッケル−鉄電池に広く使用されてきている。鉄は安全に使用でき、環境への影響が最小限の極めて経済性に優れる金属であることは理解されよう。鉄２０４とアルカリフェリ／フェロシアニド電解質２１６との組み合わせは、必要な全ての化学薬品が比較的安価で容易に入手可能であるために、商業的に魅力的である。さらに、記載の鉄およびフェリシアニドシステム２００は化学物質などの害が比較的少ない。フェロ／フェリ反応用の低コスト触媒電極は、例えば、黒鉛またはニッケル材料をベースにして利用可能である。さらに、その他の負極と異なり、鉄負極２０４は５０００サイクルを充分越える優れた寿命を示し、これは、２０年の実用寿命と等価である。
【００３５】
一実施形態では、鉄負極２０４は焼結により作製される。他の実施形態では、鉄電極は加圧成形により製造される。安価なサブミクロンおよびナノミクロン鉄粉末から周囲温度で作製するなどのより低コストの処理技術を使用することも可能である。このような粉末の使用は、鉄電極速度能力を改善する場合もあることが明らかになった。デュポン社から商標名ナフィオンで市販されているもの、およびより低コストタイプのものなどの適切なセパレータまたはイオン選択性膜が入手可能である。これらはフェリおよびフェロ化学種の分離を維持することができ、鉄負極２０４の周りに巻き付けることができる。
【００３６】
セル反応は次の通りである：
半セル反応
負極２０４（負極板）では、放電中：
Ｆｅ＋２ＯＨ−＝Ｆｅ（ＯＨ）２＋２ｅ
この反応は、水素参照電極に対し−０．９Ｖの電位で進行する。
正極２２４（正極板）では：
Ｆｅ（ＣＮ）６３−＋ｅ−＝Ｆｅ（ＣＮ）６４−
この反応は３＋から２＋に変化する鉄の原子価により促進される。この反応は、水素参照電極に対し＋０．５Ｖの電位で起こる。
したがって、ＮａＯＨ電解質中の正味反応は：
Ｆｅ＋２Ｎａ３Ｆｅ（ＣＮ）６＋２ＮａＯＨ  −−＞  Ｆｅ（ＯＨ）２＋２Ｎａ４Ｆｅ（ＣＮ）６         開回路セル電圧（ＯＣＶ）１．４Ｖ
【００３７】
通常、実験的に測定された放電は約１．２Ｖで、充電は約１．５Ｖである。鉄電極２０４が中間放電深度で充放電を繰り返す場合、エネルギー効率は約８０％もの高さになり得る。
【００３８】
鉄放電反応
鉄などの導電性金属のマトリックス中の充電状態−金属鉄−放電状態−鉄水酸化物の間の鉄放電反応サイクル
鉄および鉄水酸化物の両方は、アルカリに極めて不溶性である。このアルカリ中での不溶性のため、樹枝状結晶形成はない。従って、例えば、亜鉛負極を使うと、放電生成物は酸化亜鉛で、これはアルカリに可溶であり再充電時に均一に再沈着しない傾向があるために、鉄は亜鉛よりも好ましい負極材料であることは理解されよう。さらに、２つの鉄相の間の体積変化の差は最小限であり、これは負極に安定性を付与し、高サイクル寿命を維持するのを支援する。
【００３９】
図３を参照すると、図２のシステムを使って発電する方法が示されている。この方法は、フロー電池２００のセル２０２の負極２０４で金属鉄を鉄ＩＩ水酸化物に酸化するステップ（ａ）、および電池２００の正極２０６でフェリシアニドをフェロシアニドに還元するステップ（ｂ）を含む。フロー電池２００のセル２０２を負荷２２６に接続して有用な仕事を行うことができる。
【００４０】
図４を参照すると、図２のシステムを使って電気を貯蔵する方法が示されている。図２のフロー電池２００のセル２０２が電源２２８に接続される。エネルギー貯蔵は、フロー電池２００の負極２２２で鉄ＩＩ水酸化物を金属鉄に還元するステップ（ｃ）、およびフロー電池２００の正極２２４でフェロシアニドをフェリシアニドに酸化するステップ（ｄ）を含み、それにより、フロー電池２００を充電する。
【００４１】
図５を参照すると、送電網の負荷バランスをとる方法を示すフローチャートが示されている。この方法は、電池を充電するための幹線電力を使って、図２のフロー電池２００のオフピーク時間中に余剰電力を貯蔵する工程（ステップＸ）、および電力ピーク負荷期間中に電力を放出する工程（ステップＹ）を含む。図２の鉄、フェリ／フェロシアニド塩およびアルカリ電解質フロー電池は、規模拡大可能である。大きなセルを積層することにより、例えば、１ｋＷ〜１ＭＷおよびそれ以上の比較的大きな発電を実現可能である。実際、大きな据置用途では、例えば、１０ＭＷ以上の大きさの電力を生成することができる。このような用途は負荷バランス用として使用することができ、この場合、電池を配電網に接続して、オフピーク時間中に余剰電力を貯蔵し、電力ピーク負荷期間中に貯蔵電力を放出する。
【００４２】
本発明のフローセルは並列にまたは直列に接続することができる。図６を参照すると、直列５００に接続された３つのフローセルが示されている。これは、セル間電気的接続とレドックス電解質フロー径路を変更することにより実現される。
【００４３】
３つのセル５０１、５０２、５０３が示され、それぞれは鉄負極（５１０）、セパレータ（５２０）、触媒正極（５１５）およびアルカリフェリシアニドレドックス電解質を含む。各セルの電解質は、水力的に別の流れとして示されており、管（５３５）を介して第１のセルに入る。バルブ５４０Ａ、５４０Ｂは、セル間の水力的独立性を維持する。直列の図５００では、セル５０１、５０２、５０３は電気的に直列に接続され、第１のセル５０１からの負極リード線５１０ｃおよび第３のセル５０３の正極リード線５１５ｃは、ブスバー電流分岐システム５３０に連結されている。
【００４４】
図７を参照すると、３つのセル５０６、５０７、５０８の並列配置５０５が示されている。それぞれのセルは、鉄負極５１０、セパレータ５２０、触媒正極５１５およびアルカリフェリシアニドレドックス電解質５２５を含む。各セルの電解質５２５は、水力的に共通の流れとして示されており、管５３５を介して第１のセルに入る。
【００４５】
低い電圧でセルからのより大きな電流出力を可能とするために、並列システム５０５を考慮する必要がある。レドックス電解質の流れは、５５０Ａ、５５０Ｂなどの管閉鎖によりセルからセルへ進められる。システム５０５では、バルブ５４０Ａ、５４０Ｂは開かれている。電気的には、それぞれのセル５０６、５０７、５０８は、ブスバー電流分岐システム５４５のマイナスおよびプラス部分に直接接続される。
【００４６】
図６および図７では、３つのセルが示されている。しかし、任意の数のセルを一緒に並列または直列に接続することができることは理解されよう。
【００４７】
したがって、図２のセルの別の使用は、全てのセルが同じ電解質を使用することから、本発明の複数のセルを使った電力変換のための用途である。したがって、電解質（単一または複数）を一定数のセルを直列におよび／または並列に使って充電し、異なる構成の直列および／または並列セルを使って放電することができる。電池の電圧は使用したセルの数およびそれらの直列または並列構成に釣り合うので、電池は非常に強力なＤＣ／ＤＣ変換装置としての役割を果たすことができる。実際には、多数のセルまたは実際に全てのセルを、通常、同じ電解質貯蔵タンクに連結し、フェリ／フェロシアニド塩電解質を共通のポンプにより圧送することになるであろう。
【００４８】
さらに、セルを並列および直列に接続することができるのに加えて、入力および／または出力側でセルの数が連続的に変更される場合、電力変換はＡＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣであってもよく、周波数はスイッチギアの周波数により決定される。
【００４９】
セルの数が入力および出力側の両方で連続的に変化し、２つのスイッチギアが利用される場合、電力変換は、昇圧型コンバータまたは降圧型コンバータとしてのＡＣ／ＡＣであってもよい。
【００５０】
図８を参照すると、本発明のフロー電池２００は、無中断の電源（ＵＰＳ）として使用することができる。このＵＰＳは、入力電源、通常は幹線電力２６０、が停電した場合、負荷２２６に非常用電源を供給する電気装置である。図に示すように、フロー電池２００は、例えば、コンピュータシステムなどの負荷２２６に接続される。負荷２２６は、幹線電力供給２６０にも接続され、これはフロー電池２００のポンプ２１８にも電力供給することができる。幹線電力供給２６０はフロー電池２００を充電状態に保持する。電力切断があると、フロー電池２００は負荷２２６に電力を供給することができる。サイズに応じて、本明細書で記載のフローセルは、コンピュータシステムなどの家庭電化製品用、病院の重大救命処置システム用、産業機器用、または近隣住民用のＵＰＳとして使用することができる。
【００５１】
図９を参照すると、本発明のフロー電池２００は高電流充電により急速に「再充電」可能であることから、電気車両３００への電力供給用に、例えば、鉄道線路に沿って列車をまたは道路に沿って自動車を駆動するためなどに使用することができる。
【００５２】
その他の用途としては、再生可能な資源からのエネルギーの貯蔵が挙げられ、通常の幹線エネルギーが不充分である場合、この電池を使って需用の急増に対応することができる。図１０を参照すると、本発明のフロー電池２００を風力タービンシステム３５０に接続し、電力ピーク負荷の期間に放電するか、または独立型発電システムとして、風力発電電気を貯蔵することができる。図１１を参照すると、本発明のフロー電池２００を水力タービン４００に接続し、電力ピーク負荷の期間に放電するか、または独立型発電システムとして、水力電気を貯蔵することができる。図１２を参照すると、本発明のフロー電池を太陽エネルギープラント４５０またはソーラパネルアレイに接続し、電力ピーク負荷の期間に放電するか、または独立型発電システムとして、ソーラ発電電気を貯蔵することができる。
【００５３】
本発明のフロー電池２００は、独立型電力システムとして使用することができる。例示のみの目的で示すが、１つのこのような用途は、電気通信産業における、系統電力が利用できない場合の携帯電話基地局用途である。このような電池をソーラまたは風力発電に並置して使用してそれらの発電の変動する電力レベルを補償することができ、また、発電機の傍で使用してその発電機を最も効率的に利用して燃料を節約することができる。
【００５４】
このように、当業者なら、本発明が上記で具体的に示し、説明してきたものに限定されないことを理解するであろう。むしろ本発明の範囲は、添付の請求項により規定され、これらの範囲には、上記のさまざまな特徴の組み合わせおよび下位組み合わせの両方、ならびに、当業者が前述の説明を読むことによって想起すると思われるそれらの種々の変形および修正が含まれる。
【００５５】
請求項では、単語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などのそれらの変形型は、挙げられた要素を含み、通常、他の要素を除外しないことを示す。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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