ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕСЯ БОЛЬШИМИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ ПОТЕНЦИАЛАМИ ПОЛУЯЧЕЙКИ

1. Проточный аккумулятор, содержащий:
первую полуячейку, содержащую:
- первый водный электролит, содержащий первый редокс-активный материал; и
- первый углеродный электрод в контакте с упомянутым первым водным электролитом;
вторую полуячейку, содержащую:
- второй водный электролит, содержащий второй редокс-активный материал; и
- второй углеродный электрод в контакте с упомянутым вторым водным электролитом; и
сепаратор, расположенный между упомянутой первой полуячейкой и упомянутой второй полуячейкой;
причем упомянутая первая полуячейка имеет потенциал полуячейки, равный или более отрицательный, чем примерно -0,3 В относительно обратимого водородного электрода; и
упомянутый первый водный электролит имеет рН в интервале от примерно 8 до примерно 13; и
2
при этом проточный аккумулятор способен работать при плотности тока по меньшей мере примерно 25 мА/см.
2. Проточный аккумулятор по п. 1, при этом активные материалы не оседают на углеродные электроды во время работы упомянутого проточного аккумулятора.
3. Проточный аккумулятор по п. 1, при этом по меньшей мере один из упомянутых редокс-активных материалов представляет собой органическое соединение практически без металла.
4. Проточный аккумулятор по п. 1, при этом по меньшей мере один из упомянутого первого редокс-активного материала и упомянутого второго редокс-активного материала представляет собой металло-лигандное координационное соединение.
5. Проточный аккумулятор по п. 1, при этом упомянутый сепаратор содержит иономер.
6. Проточный аккумулятор по п. 1, имеющий плотность энергии по меньшей мере 30 Ватт-час/литр (Вт∙ч/л).
7. Проточный аккумулятор по п. 1, при этом потенциал упомянутой первой полуячейки равен или более отрицательный, чем примерно -0,40 В.
8. Проточный аккумулятор по п. 1, при этом упомянутая вторая полуячейка имеет потенциал по меньшей мере +1,10 В относительно обратимого водородного электрода.
9. Проточный аккумулятор по п. 1, при этом по меньшей мере одна из упомянутой первой полуячейки и упомянутой второй полуячейки проявляет практически обратимую электрохимическую кинетику.
10. Проточный аккумулятор по п. 1, при этом упомянутый первый водный электролит имеет рН в интервале от примерно 10 до примерно 12.
11. Проточный аккумулятор, содержащий:
первую полуячейку, содержащую:
- первый водный электролит, содержащий первый редокс-активный материал; и
- первый углеродный электрод в контакте с упомянутым первым водным электролитом, при этом первый редокс-активный материал практически не оседает на углеродном электроде во время работы;
вторую полуячейку, содержащую:
- второй водный электролит, содержащий второй редокс-активный материал; и
- второй углеродный электрод в контакте с упомянутым вторым водным электролитом; и
сепаратор, расположенный между упомянутой первой полуячейкой и упомянутой второй полуячейкой;
при этом упомянутая первая полуячейка имеет потенциал полуячейки, равный или более отрицательный, чем примерно -0,3 В относительно обратимого водородного электрода; и
2
упомянутый проточный аккумулятор проявляет по существу нулевой ток выделения водорода, когда работает при плотности тока по меньшей мере примерно 40 мА/см.
2
12. Проточный аккумулятор по п. 11, при этом упомянутый проточный аккумулятор способен работать при плотности тока по меньшей мере примерно 50 мА/см.
13. Проточный аккумулятор по п. 11, при этом система приспособлена так, что упомянутые углеродные электроды остаются по существу свободными от металла во время работы упомянутого проточного аккумулятора.
14. Проточный аккумулятор по п. 11, при этом упомянутый первый водный электролит имеет рН в интервале от примерно 8 до примерно 13.
15. Проточный аккумулятор по п. 11, который при работе проявляет практически нулевой ток выделения кислорода.
16. Проточный аккумулятор по п. 11, при этом упомянутый сепаратор содержит иономер.
17. Проточный аккумулятор по п. 11, при этом система приспособлена так, активные материалы не оседают на углеродные электроды во время работы упомянутого проточного аккумулятора.
18. Проточный аккумулятор по п. 11, при этом по меньшей мере один из упомянутых редокс-активных материалов представляет собой органическое соединение практически без металла.
19. Проточный аккумулятор по п. 11, при этом по меньшей мере один из упомянутого первого редокс-активного материала и упомянутого второго редокс-активного материала представляет собой металло-лигандное координационное соединение.
20. Проточный аккумулятор по п. 11, при этом по меньшей мере одна из упомянутой первой полуячейки и упомянутой второй полуячейки проявляет практически обратимую электрохимическую кинетику.
21. Проточный аккумулятор по п. 11, при этом упомянутый первый водный электролит имеет рН в интервале от примерно 10 до примерно 12.
22. Проточный аккумулятор по п. 1 или 11, дополнительно содержащий резервуар для второго электролита в проточном сообщении со второй камерой и резервуар для первого электролита в проточном сообщении с первой камерой.
23. Проточный аккумулятор по п. 1 или 11, дополнительно содержащий насос для транспортировки текучей среды между резервуаром для второго электролита и второй камерой или между резервуаром для первого электролита и первой камерой, или и того, и другого.
24. Способ заряда проточного аккумулятора по п. 1 или 11, с соответствующим потоком электронов, включающий в себя приложение разности потенциалов между отрицательным и положительным электродами так, чтобы:
(а) восстанавливать первый редокс-активный материал; или
(b) окислять второй редокс-активный материал; или
(с) и (а), и (b).
25. Способ разряда проточного аккумулятора по п. 1 или 11, с соответствующим потоком электронов, включающий в себя приложение разности потенциалов между отрицательным и положительным электродами так, чтобы:
(а) окислять первый редокс-активный материал; или
(b) восстанавливать второй редокс-активный материал; или
(с) и (а), и (b).
26. Способ эксплуатации проточного аккумулятора по п. 1 или 11, включающий в себя заряд упомянутого аккумулятора путем подвода электрической энергии или разряд упомянутого аккумулятора путем получения электрической энергии.
27. Способ эксплуатации проточного аккумулятора по п. 1 или 11, включающий в себя приложение разности потенциалов между первым и вторым электродами, с соответствующим потоком электронов, так, чтобы:
(а) восстанавливать первый редокс-активный материал, окисляя второй редокс-активный материал; или
(b) окислять первый редокс-активный материал, восстанавливая второй редокс-активный материал.
28. Система, содержащая проточный аккумулятор по п. 1 или 11 и дополнительно содержащая:
(а) первую камеру, содержащую первый водный электролит, и вторую камеру, содержащую второй водный электролит;
(b) по меньшей мере один контур циркуляции электролита в проточном сообщении с каждой камерой электролита, причем упомянутый по меньшей мере один контур циркуляции электролита содержит резервуары для хранения и трубопроводы для содержания и транспортировки электролитов;
(с) управляющее оборудование и программное обеспечение; и
(d) блок регулирования мощности.
29. Система по п. 28, причем система присоединена к электрической сети, выполненной с возможностью обеспечивать встраивание возобновляемых источников, смещение пиковой нагрузки, обеспечение устойчивости сети, генерацию/потребление базовой нагрузки, энергетический арбитраж, отсрочку передачи и распределения, поддержку слабой сети, регулирование частоты или их сочетание.
30. Система по п. 28, причем система выполнена с возможностью обеспечивать стабильное питание удаленных поселков, передовых оперативных баз, внесетевых телекоммуникационных систем или дистанционных датчиков.