フロー電池
半固体フロー電池は、正極と負極はキャリア液体中に懸濁した粒子により構成される。正極および負極懸濁粒子は別々のタンクに貯蔵され、別々のパイプを通って互いに隣接し、薄い多孔質膜で隔てられた反応室スタックへとポンプにより流通させられる。半固体フロー電池は、液体電解質に懸濁した電極材料を使用する水系フロー電池の基本構造と、リチウムイオン電池の化学構成を組み合わせ、カーボンフリー懸濁粒子と導電性カーボンネットワークスラリーを両方使ったものである。 カーボンフリー半固体レドックスフロー電池は、固体分散レドックスフロー電池(英語版)とも呼ばれる。物質を溶解させることにより、その化学的振る舞いは大きく変わる。しかし、微小な固体物質を懸濁しても固体の特性は保たれる。結果として、糖蜜のような流動特性をもつ粘性懸濁液が得られる。
55 V と低く、エネルギー密度も <4 Wh/L と低い。
臭化水素酸の代りに、ずっと毒性の低いアルカリ溶液 (1M KOH) とフェロシアン化物(英語版)を使う系もある。pH が高いので腐食性が低く、安価なポリマータンクを使うことができる。膜中の電気抵抗の増加は電圧の上昇により保証される。セル電圧は 1.2 V である。セル効率は 99% を超え、ラウンドトリップ効率は 84% と計測されている。この電池は最低でも 1,000 サイクルの寿命を持つと予想されている。理論エネルギー密度は 19 Wh/L である。フェロシアン化物の高 pH KOH溶液中において Fe(OH)2 や Fe(OH)3 を生じずに化学的に安定かどうかはスケールアップ前に検証する必要がある。
メチルビオロゲン(MV)をアノード液として、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)をカソード液として用い、塩化ナトリウムと低コスト陰イオン交換膜を使って充放電を可能とした有機AORFBも実証されている。このMV/TEMPOシステムの最高セル電圧は 1.25 V で、報告されているAORFBの中で最低かもしれないコスト ($180/kWh) を達成している。水系電解液は既存の設備を変更することなく使えるドロップインリプレースメント(交換液)として設計されている。600ミリワット級の試作電池は安定で、100サイクル後も 20–100 mA/cm の範囲でほぼ100パーセントの効率を達成し、最高性能を達成できる 40–50 mA/cm では初期電圧の70%を保持する。
キノンを用いたAORFBがいくつか存在する。ある研究では、酸性AORFBに 1,2-ジヒドロベンゾキノン-3,5-ジスルホン酸 (BQDS) と 1,4-ジヒドロベンゾキノン-2-スルホン酸 (BQS) をカソードとして、伝統的な Pb/PbSO4 アノードが用いられている。これら最初のAORFBはカソード側にのみ有機酸化還元活性種を用いているので版有機型である。キノンは伝統的カソード材料に比べて2倍の電荷をうけとるので、体積あたり2倍のエネルギーを貯蔵できる可能性がある。
別のキノン、9,10-アントラキノン-2,7-ジスルホン酸 (AQDS) も評価されている。AQDSは硫酸中、ガラス状炭素電極上で高速な2電子/2プロトン還元反応を起こす。安価な炭素電極を用い、キノン/ヒドロキノンと Br2/Br レドックス対を組み合わせた水系フロー電池は、6000 W/(m) を超えるピーク電流出力密度を 13000 A/(m) において達成している。サイクル特性は毎サイクル >99% の容量を保持する。体積エネルギー密度は 20 Wh/l を超える。アントラキノン-2-スルホン酸とアントラキノン-2,6-ジスルホン酸を負極、1,2-ジヒドロベンゾキノン- 3,5-ジスルホン酸を正極に使えば、有害な Br2 の使用を避けられる。この電池は劣化なしに 1,000 サイクル保つとされるが、公式なデータは公開されていない。この全有機システムは頑健性があるだろうと見込まれているものの、セル電圧がおよそ 0.