CN119487657A 用于氧化还原液流电池的再平衡方法和系统 （环球油品有限责任公司）

2024.12.30PCT/US2023/0287072023.07.26WO2024/025954EN2024.02.01用于氧化还原液流电池的再平衡方法和系统描述了用于氧化还原液流电池系统的再平的一者或多者中以将Fe3+离子还原成Fe2+离子。该再平衡系统可以由控制器响应于铁液流电池2极(115)与所述正电极(110)之间的隔膜(120)、负极电解质罐(130)、所述负极电解质罐将还原剂从还原剂罐(145)选择性地引入再平衡罐(135)、所述负极电极电解质罐中的一者或多者中以将Fe3+离子还原成Fe2基于所述铁液流电池的所测量的特性来控制到所述再平衡罐(135)、或所述负极电解在包括过滤器(160)的过滤单元(155)中过滤所述负极电解质、所述正极电解质或两任选地在沉淀物收集罐(165)中从所述过滤单元(155.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述再平衡罐(135)与所述正极电解质罐(125)选择性地双向连通，并且其中所述还原剂罐(145)与所述再平衡罐(135)选择性将一部分所述正极电解质引入所述再平衡罐(1将所述还原剂引入所述再平衡罐(135)中以还原所述再平衡罐(135)中的所述正极电将来自所述再平衡罐(135)的具有增加量的Fe2+离子的一部分所述正极电解质引入所6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述再平衡罐(235)与所述正极电解质罐(225)选择性地单向下游连接，并且其中所述负极电解质罐(230)与所述再平衡罐(235)选择性地单向下游连接，并且其中所述还原剂罐(245)与所述再平衡罐(135)选择性将一部分所述正极电解质引入所述再平衡罐(2将所述还原剂引入所述再平衡罐(235)中以还原所述再平衡罐(235)中的所述正极电将来自所述再平衡罐(235)的具有增加量的Fe2+离子的一部分所述正极电解质引入所7.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述再平衡罐(335)与所述正极电解质罐(325)选择性地双向连接，并且其中所述负极电解质罐(330)与所述再平衡罐(335)选3将一部分所述正极电解质和一部分所述负极电解质引入所述再平衡罐(335)中以形成将所述还原剂引入所述再平衡罐(335)中以还原所述再平衡罐(335)中的所述混合电将来自所述再平衡罐(335)的具有增加量的Fe2+离子的第一部分所述混合电解质引入所述正极电解质罐(325)中，并将来自所述再平衡罐(335)的具有增加量的Fe2+离子的第二部分所述混合电解质引入所述负极电解质罐(338.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述还原剂罐(445)与所述正极电解将所述还原剂引入所述正极电解质罐(425)中以还原所述正极电解质罐(425)中的所9.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述还原剂罐(545)与所述正极电解将所述还原剂引入所述正极电解质罐(525)中以还原所述正极电解质罐(525)中的所将所述还原剂引入所述负极电解质罐(530)中以还原所述负极电解质罐(530)中的所10.一种用于铁液流电池的再平衡系统，所述铁液流电池包括负电极(115)、正电极所述负极电解质罐(130)与所述负电极(115)之间的负极电解质流，以及正极电解质罐还原剂容器(145)，所述还原剂容器选择性地连接到再平衡罐(135罐或所述负极电解质罐中的一者或多者，所述还原剂容器包含将Fe3+离子还原成Fe2+离子4[0002]本申请要求2022年7月28日提交的美国临时专利申请序列号63/369,682的优先[0003]将来自太阳或风力源的可再生能源大规模集成到电网中需要稳健的能量存储系原液流电池(RFB)是独特的，因为它们可借助于两种水性电解质溶液之间的可逆电化学反[0005]通过在IFB的正侧和负侧使用不同价态的铁，有效地消除了由于交叉引起的污染成最终导致电解质的不平衡和电解质平均氧化态(AOS)的变化，因为在充电过程中从负侧[0010]IFB效率下降和容量损失的另一个原因可能是由于电解质和水通过膜的交叉。例5铁离子可以迁移到正侧。在负侧不含亚铁离子加速了析氢得其尽可能高以限制在阳极处生成H2的可能性和尽可能低以避免不想要的铁氧化物和氢利用化学或电化学方法使铁离子与H2反应以将H2转化回质子并将铁离子还原成亚铁离子，如方程6所示。结果，在正极电解质和负极电解质中都可以保持相对稳定的pH和充电状态的催化剂以促进和加速IFB溶液中的铁离子与氢气之间的反应。对于三相边界处的化学反还原膜(URM)或其它质子交换隔膜以在正侧与负侧之间传输质子。还可能需要辅助电控制[0016]图1是具有再平衡罐的氧化还原液流电池的刷新方法的一个实施方案的方法流程[0017]图2是具有再平衡罐的氧化还原液流电池的刷新方法的另一个实施方案的方法流[0018]图3是具有再平衡罐的氧化还原液流电池的刷新方法的另一个实施方案的方法流6[0022]Fe3+溶液先前已用作调节剂以有效控制废水收集系统中的ppm级硫化氢(H2S)。测A.Srivastava，用于气味控制的氯化铁：来自印度废水处理厂的研究(Ferricchloride减少城市废水中的硫化氢(H2S)的调节剂(Regulatoryagentforthereductionofhydrogensulfide(H2S)inmunicipalwastewater)。关于环境IX的保护和恢复的国际会议(InternationalConferenceontheProtectionandRestorationoftheNSW水工业操作会展(10thAnnualWIOANSWWaterIndustryOperationsConference&[0025]当再平衡罐或正极电解质罐和/或负极电解质罐用作还原反应器时，它们的操作力有利于H2S的吸收和H2S与Fe3+之间的氧化还原反应。再平衡罐中的合适的电解质温度包括但不限于10℃至100℃,或10℃至90℃,或10℃至80℃,或10℃至70℃,或10℃至60℃,或10℃至50℃,或10℃至100℃,或10℃至90℃,或10℃至80℃,或10℃至70℃,或10℃至60℃,或10℃至50℃,或30℃至100℃,或30℃至90℃,或30℃至80℃,或30℃至70℃,或30℃至60℃,或30℃至50℃的范围。用于再平衡罐的合适的压力范围包括但不限于0MPa至电解质罐或正极电解质罐中的一者或多者中以将Fe3+离子还原7或多者的还原剂流。该特性可以是正极电解质、负极电解质和/或电池组的一种或多种物[0030]在一些实施方案中，该方法还包括在包括过滤器的过滤单元中过滤负极电解质、原剂引入再平衡罐中以还原再平衡罐中的正极电解质中的至少一部分Fe3+离子，以增加再平衡罐中的正极电解质中的Fe2+离子的量。将来自再平衡罐的具有增加量的Fe2+离子的一罐中的正极电解质中的至少一部分Fe3+离子，以增加再平衡罐中的正极电解质中的Fe2+离子的量。将来自再平衡罐的具有增加量的Fe2+离子的一部分正极电解质引入负极电解质罐再平衡罐中以还原再平衡罐中混合电解质中的至少一部分Fe3+离子，以增加再平衡罐中正极电解质中的Fe2+离子的量。将来自再平衡罐的具有增加量的Fe2+离子的第一部分混合电解质引入正极电解质罐中，并将来自再平衡罐的具有增加量的Fe2+离子的第二部分混合电还原剂引入正极电解质罐中以还原正极电解质罐中的正极电解质中的至少一部分Fe3+离方法还可以包括将还原剂引入正极电解质罐中以还原正极电解质罐中的正极电解质中的8引入负极电解质罐中以还原负极电解质罐中的负极电解质中的至少一正极电解质罐或负极电解质罐中的一者或多者，该还原剂容器包含将Fe3+离子还原成Fe2+[0042]可通过将正极电解质罐连接到单独的再平衡罐来调节正极电解质中的SOC或Fe3+量的正极电解质被泵送到再平衡罐中。然后将足够的硫化氢引入再平衡罐中以将Fe3+还原成Fe2+[0044]正极电解质罐125与再平衡罐135选择性地双向连通。由控制器140监视和控制系9入再平衡罐以还原电解质中的Fe3+。再平衡罐中刷新的酸性Fe2+电解质排放到负极电解质可以从连接到负极电解质罐的再平衡罐和过滤器单元收外时，控制器240允许正极电解质从正极电解质罐225流到再平衡罐235。来自还原剂容器的Fe3+已经被还原成Fe2+时，还原剂流停止，并且刷新的正极电解质被送到负极电解质罐[0050]从低pH正侧到高pH负侧交叉的铁离子可导致在IFB操作期间Fe(OH)3的沉淀。Fe[0052]再平衡罐335与正极电解质罐325选择性地双向连通。负极电解质罐330与再平衡控制器340允许正极电解质从正极电解质罐325流到再平衡罐335，或者负极电解质从负极极电解质罐325与再平衡罐335之间，而另一个泵350可以在再平衡罐335与负极电解质罐解质罐325之间和/或在再平衡罐335与负极电解质罐330之间流动的刷新的电解质中除去以连接到再平衡罐335以从再平衡罐335中除去[0054]除了彼此独立之外，再平衡系统和电池系统可以集成并利用至少一个通用部物收集罐465也可以连接到正极电解质罐425以从正极电解质罐42原剂从还原剂容器545流到正极电解质罐525和负极电解电极510之间和/或在负极电解质罐530与负电极515之间流动的正极电解质中去除沉淀物。[0065]可以在除去酸之后将在IFB阳极侧生成的氢气释放到环境中。可通过采用再平衡极电解质罐中的一者或多者中以将Fe3+离子还原成Fe2+离子。本发明的实施方案是本段的第一实施方案至本段的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中还原剂为引入再平衡罐中以还原再平衡罐中的正极电解质中的至少一部分Fe3+离子，以增加再平衡罐中的正极电解质中的Fe2+离子的量；以及将来自再平衡罐的具有增加量的Fe2+离子的一还原剂引入再平衡罐中以还原再平衡罐中的正极电解质中的至少一部分Fe3+离子，以增加再平衡罐中的正极电解质中的Fe2+离子的量；将来自再平衡罐的具有增加量的Fe2+离子的平衡罐的具有增加量的Fe2+离子的第一部分混合电解质引入正极电解质罐中，并将来自再平衡罐的具有增加量的Fe2+离子的第二部分混合电解质引入负极电解质罐中。本发明的实施方案是本段的第一实施方案至本段的先前实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，罐中以还原正极电解质罐中的正极电解质中的至少一部分Fe3+离子，以增加正极电解质罐中的正极电解质中的Fe2+离子的量。本发明的实施方案是本段的第一实施方案至本段的先中的正极电解质中的至少一部分F