CN102460811B - 氧化还原流通单元电池再平衡 - Google Patents

Abstract

提供氧化还原单元电池再平衡***。在一些实施方式中，所述再平衡***包括：电化学池和光化学池。在一些实施方式中，所述光化学池包含用于由所述***产生的H₂和Cl₂产生HCl的紫外辐射源。所述HCl产物可通过所述***被收集或循环回去用于电解质的再平衡。还提供用于再平衡***的再平衡池。在一些实施方式中，所述再平衡池为电化学池和光化学池的组合。在一些实施方式中，在所述再平衡池的阴极室中容纳紫外辐射源。在一些实施方式中，所述紫外辐射源用于实现由存在于所述再平衡池中的H₂和Cl₂形成HCl。所述HCl溶解在所述再平衡池中包含的含水电解质中，其可随后通过再平衡***循环用于氧化还原单元电池的再平衡。

Description

氧化还原流通单元电池再平衡

技术领域

本公开内容涉及还原-氧化(氧化还原)流通单元电池(cell)，且特别地涉及可用于氧化还原流通单元电池的再平衡***。

背景技术

对于新型且创新的电力储存***有日益增加的需求。氧化还原电池(battery)已成为有吸引力的用于这样的能量储存的装置。在一些应用中，氧化还原流通电池可包括一个或多个氧化还原流通单元电池。氧化还原流通单元电池各自可包括设置在单独的半电池室中的正极和负极。所述两个半电池可通过多孔或离子选择性膜隔开，在氧化还原反应期间离子传输通过所述膜。当氧化还原反应发生时，电解质(日极电解质和阴极电解质)流动通过所述半电池，经常使用外部泵送***。以这种方式，流通单元电池中的膜在含水电解质环境中运行。在一些应用中，含铁离子的盐酸水溶液可用作阴极电解质，而含铬离子的盐酸水溶液可用作阳极电解质。在一些应用中，含铬和铁离子的溶液的混合物可用在氧化还原单元电池的两侧。使用混合的反应物消除了高选择性膜的需求，因为两个半电池的电解质组成在放电状态下相同。

典型地，氧化还原流通电池的充电和放电导致两个电解质溶液之间的电荷状态的不等。与某些离子的还原竞争的寄生反应可导致形成不希望的副产物。例如，在酸性电解质的情况下，某些寄生反应可产生氢气。

因此，存在开发氧化还原电池***的需求，所述氧化还原电池***有效地除去或再循环在流通电池的充电/放电循环期间产生的寄生副产物以使两个电解质溶液之间的电荷状态再平衡。

发明内容

在实施方式中，氧化还原流通电池***包括氧化还原流通单元电池和与所述氧化还原流通单元电池连接的再平衡***。所述再平衡***包括安置为与包括至少一个紫外辐射源的至少一个光化学池(photochemicalcell)流体连通的至少一个电化学再平衡池(electrochemicalrebalancecell)。在一些实施方式中，所述氧化还原流通电池***进一步包括至少一个阳极电解质储存器，其包括含水阳极电解质溶液。在一些实施方式中，所述阳极电解质溶液包括酸和至少一种金属盐。在一些实施方式中，所述氧化还原流通电池***进一步包括至少一个阴极电解质储存器，其包括阴极电解质溶液。

符合本文中描述的实施方式的一些，提供再平衡池和使用其的方法。在一些实施方式中，所述再平衡池包括至少一个紫外辐射源、至少一种阳极电解质溶液、至少一种阴极电解质溶液、通过膜隔开的阳极室和阴极室、以及设置在所述阳极室和阴极室的各自中的电极。在一些实施方式中，所述至少一种阳极电解质溶液包括含水酸和至少一种金属盐。在一些实施方式中，所述至少一种阴极电解质溶液也包括含水酸和至少一种金属盐。

在本文中描述的一些实施方式中，描述了包括至少一个再平衡池的再平衡***。在一些实施方式中，所述再平衡***进一步包括至少一个阳极电解质储存器，其包括至少一种含水阳极电解质溶液。在一些实施方式中，所述至少一种阳极电解质溶液包括酸和至少一种金属盐。在一些实施方式中，所述再平衡***进一步包括至少一个阴极电解质储存器，其包含至少一种阴极电解质溶液。在一些实施方式中，所述再平衡***的至少一个再平衡池安置为与至少一个H₂气体源流体连通。在一些实施方式中，所述至少一个H₂气体源为氧化还原流通单元电池。

附图说明

受益于实施方式的以下详细描述和参考附图，本发明的优点对于本领域技术人员变得明晰，其中：

图1A描绘填充有电解质的氧化还原流通单元电池；

图1B描绘包括氧化还原流通单元电池组的电池；

图2描绘与再平衡***连接的氧化还原流通单元电池；

图3描绘再平衡池的实施方式；

图4描绘与再平衡***连接的氧化还原单元电池；

图5描绘用于再平衡池例如图4中所示的再平衡池的控制***；

图6描绘可由传感器***使用的曲线图；

图7描绘可通过图5中所示的控制***执行的状态机图(statemachinediagram)的实施方式。

图8描绘气体浓度监控***；

图9描绘浓度传感器；

图10描绘浓度传感器的另一实施方式；

图11、12和13描绘各种传感器***。

在图中可能的地方，具有相同功能的元件具有相同的标记。

尽管本发明可容许各种改进和替换形式，但是其具体实施方式作为例子在图中显示并且在本文中详细描述。所述图可不是按比例的。但是，应当理解，所述图以及其详细描述不意图将本发明限于所公开的特定形式，而是相反，意图覆盖落在如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有改进、等价物和替换物。

具体实施方式

将理解，本发明不限于特定装置或方法，所述装置或方法当然可变化。还将理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不意为限制性的。当在本说明书和所附权利要求中使用时，单数形式“一个(种)”和“该”包括单数和复数对象，除非所述内容清楚地相反指示。

当在本说明书中使用时，以下词汇和短语通常意在具有如下所述的含义，除非其中使用它们的上下文相反地指示。

当在本文中描述时，术语“电池”通常是指任何能够进行电化学能量转换的单元。示例性的电池包括，但不限于，氧化还原流通电池、燃料电池和二次电池。

当在本文中描述时，术语“膜”是指在流体之间、例如在电化学半电池(例如阳极室和阴极室)之间形成障碍物的任何材料。示例性的膜可为选择性渗透的，且可包括多孔膜和离子选择性膜。示例性的膜可包括一层或多层，其中各层呈现出对于某些物质(例如离子)的选择性的渗透性和/或实现某些物质的通过。

当在本文中描述时，术语“流体连通”是指彼此接触但不必彼此固定的多个结构，由此流体或气体可从一个结构通向其它结构。例如，两个结构可通过沟道、管道、开口和/或阀彼此流体连通，即使所述连通包括关闭状态的阀，但是只要所述阀可开启，由此流体或气体可从所述结构的一个移动到另一个。另外，即使在一个或多个中间结构将流体或气体从第一结构向第二结构的流动转向和/或打断的情况下，只要所述流体或气体从所述一个或多个中间结构向第二结构的流动最终是可能的，两个结构可被认为是彼此流体连通的。

当在本文中描述时，单元电池的“铬侧”通常是指基于Cr/Fe的氧化还原流通单元电池的负极侧。在一些实施方式中，铬的氧化发生在所述单元电池的铬侧。

当在本文中描述时，单元电池的“铁侧”通常是指基于Cr/Fe的氧化还原流通单元电池的正极侧。在一些实施方式中，铁的还原发生在单元电池的铁侧。

图1描绘简化的氧化还原流通电池***100的示意图。如所示的，氧化还原流通电池***包括氧化还原流通单元电池100，其包括通过膜106隔开的两个半电池108和110。电解质124流动通过半电池108，和电解质126流动通过半电池110。半电池108和110分别包括电极102和104，其分别与电解质124和126接触，使得在电极102或104的表面处发生氧化还原反应。在一些实施方式中，多个氧化还原流通单元电池100可如下电连接(例如堆叠)：串联电连接以实现更高的电压；或并联电连接以实现更高的电流。如图1中所示，电极102和104连接在负载/电源120的两端，电解质124和126通过负载/电源102充电或放电。

当填充有电解质时，氧化还原流通单元电池100的半电池110包含阳极电解质126，和另一个半电池108包含阴极电解质124，所述阳极电解质和阴极电池总称为电解质。反应物电解质可储存在单独的储存器中并经由分别与单元电池入口/出口(I/O)端口112、114和116、118连接的管道分配到半电池108和110中。在一些实施方式中，使用外部泵送***以将电解质传输到氧化还原流通单元电池或从氧化还原流通单元电池传输。电解质124通过入口端口112流到半电池108中和通过出口端口114流出，而电解质126通过入口端口116流到半电池110中和通过出口端口118流出半电池110。

在各半电池108和110中的至少一个电极102和104提供其上发生氧化还原反应且从其传输电荷的表面。用于制备电极102和104的合适材料通常包括本领域普通技术人员已知的那些。氧化还原流通单元电池100通过在充电或放电期间改变其组分的氧化状态而运行。两个半电池108和110通过导电电解质(一个用于阳极反应和另一个用于阴极反应)串联连接。在运行中(例如，在充电或放电期间)，当氧化还原反应发生时，电解质126和124(例如，阳极电解质126和阴极电解质124)分别经由I/O端口112、114和116、118流动通过半电池108和110。

当氧化还原流通单元电池100充电或放电时，正离子或负离子通过隔开两个半电池108和110的渗透膜106。必要时，反应物电解质以受控的方式流动通过半电池108和110，以通过负载/电源120供应电力或充电。用于膜106的合适膜材料包括，但不限于，当置于含水环境中时吸收水分且膨胀的材料。在一些实施方式中，膜106可包括以异质(例如共挤出)方式或均质(例如辐射接枝)方式嵌入有活性离子交换材料例如树脂或官能团的纺织或非纺织塑料的片材。在一些实施方式中，膜106可为具有高的电压效率Ev和高的库仑效率的多孔膜，且可设计为将通过所述膜的传质限制至最小，同时仍然促进离子传输。在一些实施方式中，膜106可由聚烯烃材料制成，且可具有规定的厚度和孔径。具有制造这些膜以及符合公开的实施方式的其它膜的能力的制造商为DaramicMicroporousProducts，L.P.，N.CommunityHouseRd.，Suite35，Charlotte，NC28277。在一些实施方式中，膜106可为非选择性的微孔塑料隔板，也由DaramicMicroporousProducts，L.P.制造。由这样的膜形成的流通单元电池公开在2008年7月1日提交的美国公开专利申请No.2010/0003586中，其通过参考引入本文。

如图1B中描绘的，在一些实施方式中，多个氧化还原流通单元电池100可堆叠以形成氧化还原流通电池***150。堆叠的氧化还原流通电池150包括一个或多个氧化还原流通单元电池100，显示单元电池100-1至100-N。单元电池100-1至100-N各自包括两个半电池(在图1B中示例为半电池203、205、207和209)。各半电池203和209可连接在负载/电压120两端。如果电池150包括单个单元电池，则半电池203对应于半电池108和半电池209对应于半电池110。图1B显示在电池150中可存在任意偶数个半电池且因此任意数量的单元电池100。

进一步如图1B中所示，半电池203、205、207和209各自形成在元件211、213、215、217和219的对之间。在图1B中，例如，半电池203由元件211和213形成；半电池205由元件213和215形成；半电池207由元件215和217形成；以及半电池209由元件219和221形成。在两个单元电池的实施方式中，元件219和元件217是同一元件。在单个单元电池的实施方式中，缺少电池205和207且元件219和213将为同一元件。元件211和221形成端板且各自包括电极。端板电极进一步在美国公开专利申请No.2010/0092807中讨论，其通过参考引入本文。在形成电池150的余部中，元件213包括膜；元件215包括电极；元件217包括膜；和元件219包括膜。以这样的型式，形成多单元电池型电池150。流通单元电池组的构造描述在2009年10月9日提交的题为“CommonModuleStackComponentDesign”的序号No.12/577,134的美国专利申请中，其通过参考引入本文。

在一些实施方式中，源自外部储存器的电解质可流动通过单独的半电池。例如，来自阴极电解质储存器266的阴极电解质流动通过半电池203和207，而来自阳极电解质储存器252的阳极电解质流动通过半电池205和209。因此，元件211、213、215、217、219和221各自包括膜或电极，且控制合适的电解质向半电池203、205、207和209中的流动。

在一些实施方式中，末端半电池203和209的元件211和221分别地各自包括：预模制的框架，和包括电极的端板组件。在一些实施方式中，元件211和221可结构上类似，但是彼此相反地定向，如在以下进一步讨论的。符合本发明的实施方式，元件213、215、217和219全部包括结构上相同的框架，其中膜或电极附着到所述框架。

在图1A中的氧化还原流通单元电池100的一些实施方式中，电解质124包括酸的水溶液。在一些实施方式中，所述酸溶液包括含水盐酸。电解质124进一步包括至少一种金属盐(例如，金属氯化物盐)。在一些实施方式中，电解质126包括酸的水溶液。在一些实施方式中，所述酸溶液包括含水盐酸。电解质126进一步包括至少一种金属盐(例如，金属氯化物盐)。

在一个实施方式中，氧化还原流通电池***基于Cr/Fe氧化还原对。本说明书的其余部分将基于Cr/Fe氧化还原流通电池，但是应理解本文中所述的构思也可应用于其它金属。在Cr/Fe氧化还原流通电池的实施方式中，电解质124和126两者包括FeCl₂和CrCl₃在含水HCl中的溶液。

在一些实施方式中，Cr/Fe氧化还原流通电池的氧化还原对分别包括Cr³⁺/Cr²⁺和Fe³⁺/Fe²⁺。在充电期间电能通过电化学反应转化为化学能。所述过程在放电时逆转。那些过程通过以下反映：

阳极：典型地其中发生氧化，在该情况下在放电期间Cr²⁺氧化为Cr³⁺。阴极：典型地其中发生还原，在该情况下在放电期间，Fe³⁺还原为Fe²⁺。在图1A中所示的单元电池100中，电解质124和126可进行以下反应：

充电：

铁侧：FeCl₂+Cl^-→FeCl₃+e^-

铬侧：CrCl₃+e^-→CrCl₂+Cl^-

放电：

铁侧：FeCl₃+e^-→FeCl₂+Cl^-

铬侧：CrCl₂+Cl^-→CrCl₃+e^-

在该情况下，Cl^-离子(和在寄生反应中产生的H⁺)通过膜106，且电子e^-流动通过负载/电源120。

铁的氧化-还原发生在阴极102，和铬的氧化-还原发生在阳极104。为此，酸溶液用于电解质124和126，例如包括铁氯化物和铬氯化物的盐酸溶液。

在一些实施方式中，阴极电解质124包括盐酸和FeCl₂的水溶液，而阳极电解质126包括盐酸和CrCl₃的水溶液。在一些实施方式中，阴极电解质124还可包括CrCl₃和阳极电解质126可包括FeCl₂，使得电解质126和电解质124在完全放电时为相同的电解质溶液。

因此，如以上讨论的，当电源120相对于负极端子104在正极端子102上供应合适的正电压，由此对氧化还原流通单元电池100中的电解质充电时，发生以下反应：

铁侧：Fe²⁺→Fe³⁺+e^-

铬侧：Cr³⁺+e^-→Cr²⁺

施加外部电力以对氧化还原流通单元电池充电影响电子传输，同时Cl^-离子跨越膜106从阳极半电池110到阴极半电池108和/或H⁺离子跨越膜106从阴极半电池108到阳极半电池110。在理想溶液中，完全充电的氧化还原流通单元电池由在阴极半电池108中的100％FeCl₃溶液和在阳极侧的半电池110中的100％CrCl₂构成。

当用负载代替外部电源时，氧化还原流通单元电池开始放电且发生相反的氧化还原反应：

铁侧：Fe³⁺+e^-→Fe²⁺

铬侧：Cr²⁺→Cr³⁺+e^-

因此，完全放电的氧化还原流通单元电池由在阴极电解质124中的100％FeCl₂溶液和在阳极电解质126中的100％活性CrCl₃溶液构成。

但是，在电解质124和126的充电/放电循环期间也发生一些寄生反应，特别是在经常伴随铁氯化物和铬氯化物盐的杂质如镍的存在下。特别地，由在阳极电解质126的酸的水溶液中的H⁺产生氢气与Cr³⁺的阳极还原竞争，导致以下寄生反应：

2H⁺+2e-→H₂

Cr²⁺+H⁺→Cr³⁺+1/2H₂

典型地，阳极电解质126和阴极电解质124的电荷状态之间的明显差异在反复的充电和放电循环时显现。即，当在充电循环期间Fe²⁺向Fe³⁺的阴极转化典型地在约100％下发生的同时，取决于电解质溶液的纯度，Cr³⁺向Cr²⁺的阳极还原以较低的效率发生。在一些情况下，如这里所例举的，98％的Cr³⁺可还原为Cr²⁺：

铁侧：Fe²⁺→Fe³⁺+e^-(100％)

铬侧：Cr³⁺+e^-→Cr²⁺(98％)

2H⁺+2e^-→H₂(2％)

在随后的放电循环期间，通过来自Cr²⁺的电子的加入，Fe³⁺转化为Fe²⁺。在放电循环期间，Fe³⁺向Fe²⁺的转化因此受到用于转化的Cr²⁺的可用性的限制。由于在充电期间仅98％的初始存在的Cr³⁺转化为Cr²⁺，因此在放电循环期间小于完全量的Fe³⁺转化为Fe²⁺。随着各随后的循环，该充电容量的降低继续进行，使氧化还原流通单元电池的充电容量逐渐降低。

如本文中所述的再平衡***可用于使阴极电解质124中的活性铁组分和阳极电解质126中的活性铬组分之间的平等基本上恢复。在一个实施方式中，铁和铬离子之间的平等的恢复可通过将所述氧化还原流通单元电池安置成与包括至少一个电化学池和至少一个光化学池的再平衡***流体连通而实现。电解质组成的电荷比(chargeratio)和酸浓度的恢复可通过例如Fe³⁺离子的还原而实现，因为Cr³⁺离子的进一步还原将导致较低的电流产率。Fe³⁺的电化学还原导致形成Cl₂气体。但是，在电化学池中Cl₂的形成与可在氧化还原单元电池的阳极处发生的H₂的寄生形成结合可潜在地产生大量H₂和Cl₂气体。已知与H₂和Cl₂气体典型相关的危险，可将所述H₂和Cl₂气体移除至单独的反应室中以处理。或者，可期望通过如下再循环那些气体：将它们转化为HCl并使用形成的HCl以使电解质溶液恢复酸性。因此，在一些实施方式中，本文中所述的再平衡***实现从所述***除去H₂和Cl₂气体和将H₂和Cl₂复合以补充电解质中HCl的供应，都同时使阳极电解质126和阴极电解质124的活性离子比再平衡。

图2说明氧化还原流通电池***200。氧化还原流通电池***200包括氧化还原流通单元电池100、电化学再平衡池238和光化学池214。氧化还原电池100显示有通过膜106隔开的阴极室108和阳极室110，如图1A中所示，但是可包括任意数量的单独的单元电池，如图1B中所示。电化学再平衡池238和光化学池214形成再平衡***。在阳极室110中产生的H2可从氧化还原单元电池100传输通过管道248并进入阳极电解质储存器252中，阳极电解质储存器252也包含阳极电解质126。从那里，H₂可从出口210排出到再平衡***的光化学池214。排出的H₂可沿着管道212运送并经由入口216进入光化学池214。电化学池238包括阳极室244和阴极室240。其中设置阳极294和阴极292。合适的阳极和阴极材料以下对于图3进一步描述。

如以上讨论的，在一些氧化还原流通电池中的阳极电解质和阴极电解质溶液的1∶1的电荷比可通过Fe³⁺离子的还原恢复。电化学再平衡池238容许进行Fe³⁺向Fe²⁺的还原以恢复电荷平衡。向电化学再平衡池238的电极施加电力影响恢复***的电荷平衡的Fe³⁺向Fe²⁺的还原。Fe³⁺离子的还原可以不同的途径发生。例如，通过在阳极294处的Cl₂的电化学产生，在电化学再平衡池238的阴极292可发生Fe³⁺离子的还原：

Cl^-→1/2Cl₂+e^-

Fe³⁺+e^-→Fe²⁺

在阳极294产生的Cl₂可通过出口234从电化学池238排出。排出的Cl₂然后可沿着管道232传输并经由入口222进入光化学池214。在一些实施方式中，光化学池214容纳紫外源218。紫外源218可被壳包封(encapsulate)以保护其不暴露于光化学池214中的物质(例如，Cl₂和H₂)。在一些实施方式中，所述壳可由石英、玻璃或能够透射足以促进H₂和Cl₂反应以形成HCl的波长的紫外光的聚合物材料构成。在一些实施方式中，紫外源218可安置在光化学池214外部，其中紫外源218通过窗与光化学池214内部隔开。在一些实施方式中，所述窗由石英构成。在一些实施方式中，光化学源218产生紫外辐射220，其可用于以如下方式有效地将存在于光化学池214中的H₂和Cl₂转化HCl：

在光化学池214中形成的HCl产物然后可通过出口224排空。一些实施方式可包括阀226，其可用于将HCl经由管道228排空到再平衡***200之外。或者，光化学池214的HCl产物可导向通过管道230并经由入口236进入电化学池238的阳极室240。

使用光化学池的优点是所述***保持在电荷比的再平衡期间损失的Cl₂的能力。如果简单地排出Cl₂，电解质溶液的酸性变得降低，这改变流通电池***的充电容量和运行特性。使用光化学池以再产生HCl容许通过将在再平衡过程期间损失的酸再引入而保持酸性。

在一些实施方式中，合适的紫外辐射源可包括发射具有约100nm-约450nm的波长的光的源。在一些实施方式中，紫外辐射源218发射具有约370nm-约430nm的波长的光。在一些实施方式中，紫外辐射源218发射具有约390nm-约410nm的波长的光。

由紫外源218的运行产生的温度和压力可通过传感器246精密地监控。传感器246可例如包括任何类型的温度传感器如热电偶、热敏电阻、或任何其它用于测量温度的器件。传感器246也可包括压力传感器。在一些实施方式中，可期望在Cl₂和H₂的转化期间保持温度低于200℃。如果存在高温条件，电池***200可采取行动以降低温度。

引入电化学池238中的HCl在阳极室240中包含的含水阳极电解质中离解为H⁺和Cl^-。选择性渗透膜242可容许H⁺从阳极室240传输到阴极室244中。合适的用于膜242的材料包括以下对于图3中描述的那些。H⁺流动到阴极室244中提高阴极电解质液位和降低阴极电解质的组分的浓度。可通过阴极电解质储存器266使阴极电解质液位和浓度平衡。稀释的阴极电解质可通过出口260从阴极室244排空。稀释的阴极电解质沿着管道262传输并经由入口264进入阴极电解质储存器266中。那里，稀释的阴极电解质可被平衡并再次经由出口278驱出。经平衡的阴极电解质然后传输通过管道280并经由入口282再引入阴极室244中。

氧化还原单元电池100的阴极室108中的阴极电解质可通过出口112排空并经由管道274和入口276在阴极电解质储存器266中补充。经补充的阴极电解质124通过出口267离开阴极电解质储存器266，其然后传输通过管道268并经由入口114再引入阴极室108中。类似地，阳极电解质储存器252将新鲜的阳极电解质从出口250经由管道248和入口118进料到阳极室110中。一旦耗尽，所述阳极电解质可通过出口116从阳极室110排空并沿着管道256传输以经由入口254再引入阳极电解质储存器252中。

或者，在一些实施方式中，所述再平衡***可包括单个再平衡池，其中光化学池214与电化学再平衡池238的阳极室240组合，如以下对于图3和4所描述的。在一些实施方式中，所述电化学再平衡池可通过在电化学再平衡池中引入至少一个紫外辐射源而反映出电化学池和光化学池的组合。

图3描绘组合的再平衡池，其中电化学再平衡池的阳极室还用作该组合的再平衡池的光化学池。组合的再平衡池300包括通过多孔膜242隔开的阴极室244和阳极室240。在一些实施方式中，多孔膜242包括多孔层313和离子选择性层315。在一些实施方式中，膜242可对于一些物质为选择性渗透的。

膜242可特别地选择为耐受由含水Cl₂引起的实质退化。在一些实施方式中，膜242可包括聚合物基础物(base)。示例性的聚合物基础物可包括，但不限于，包括聚乙烯的基础物。在一些实施方式中，离子选择性层315可包括多氟化层或全氟化层。在一些实施方式中，离子选择性层315可对于一些离子物质例如H⁺为选择性渗透的。示例性的层可包括，但不限于，全氟化的材料。在一些实施方式中，所述全氟化的材料可包括一个或多个具有以下结构的单元：

在一些实施方式中，离子选择性层315可包括基于磺化的四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物例如由E.I.duPontdeNemoursandCompanyofWilmington，Delaware制造的在一些实施方式中，离子选择性层315可进一步通过化学耐受性的材料如增强。

阳极室240包含阳极294，而阴极室244包含阴极292。在一些实施方式中，阳极294可包括设置在金属基底层311上的混合金属氧化物层309。在一些实施方式中，阳极294可包括混合金属氧化物，而没有基底层311。阳极294可选择为耐受由暴露于含水Cl₂引起的实质退化。在一些实施方式中，阳极294包括设置在基底上的碳或混合金属氧化物。在一些实施方式中，所述混合金属氧化物包括钌和钛氧化物。在一些实施方式中，所述混合金属氧化物包括铱和钌氧化物。在一些实施方式中，所述基底选自钛和钛氧化物。在一些实施方式中，所述碳或混合金属氧化物可以在所述碳或金属氧化物的沉积后容许所述基底的至少一些保持暴露的方式设置在所述基底上。在一些实施方式中，所述碳或混合金属氧化物和所述基底形成两个独立且不同的层。

阳极室240进一步容纳电解质319，其体积以电解质液位308表示。空间314限定电解质液位308和阳极室240的顶部之间的区域。当电解质319包括含水HCl时，对池300供电实现在阳极294形成Cl₂，所述Cl₂然后收集在空间314中。来自外部来源(例如，阳极电解质储存器252，图2)的H₂经由管道338和入口336也引入空间314中。阳极室240进一步包含紫外源218，其可用于使空间314暴露于紫外辐射220。紫外源218可通过壳包封以保护其不暴露于空间314中的物质(例如Cl₂和H₂)。在一些实施方式中，所述壳可由石英、玻璃、或能够透射足以促进H₂和Cl₂反应以形成HCl的波长的紫外光的聚合物材料构成。在一些实施方式中，紫外源218可安置在阳极室240外部，其中紫外源218通过窗与空间314隔开。在一些实施方式中，所述窗由石英、石英、玻璃或能够透射足以促进H₂和Cl₂反应以形成HCl的波长的紫外光的聚合物材料构成。H₂和Cl₂暴露于紫外辐射220实现HCl的形成，其然后在含水阳极电解质319中作为HCl离解。由紫外源218的运行产生的热和压力可通过传感器246精密地监控。在一些实施方式中，阳极室进一步包括设置在其中的Cl₂/H₂传感器247以监控存在于再平衡池中的Cl₂和H₂的浓度。

在一些实施方式中，Cl₂/H₂传感器247可设置在光化学池214中以监控存在于该再平衡池中的Cl₂和H₂的浓度。理想地，为了安全控制在光化学池214中发生的反应，期望富含氯气的环境。在一些实施方式中，氯气/氢气浓度比率可接近2∶1。但是，过量的氯气也是不期望的，因此一些实施方式可限制在气体混合物中氯气的量。传感器247可用于监控氯气对氢气的浓度比率。

图8说明示例性的***900，其包括气体监控***以测量气体混合物的相对浓度。***900可为用于由H₂和Cl₂的混合物产生HCl的组合再平衡池的部分或光化学池。

如图8中所示，***900包括连接成从入口920和912接收各种物质到空间920中的室902。例如，在一些实施方式中，室902可经由入口910接收H₂气体和经由入口912接收Cl₂气体。室902还可包括紫外源906，其可用于使空间920暴露于紫外辐射908。H₂和Cl₂暴露于紫外辐射908可实现盐酸(HCl)的形成，其然后可溶解在水溶液904中。溶液904可包括纯水(H₂O)、酸的水溶液、或任何其它至少部分溶解HCl的溶液。由紫外源906的运行产生的热和压力可通过传感器916精密地监控。在一些实施方式中，传感器916可连接到各种控制和反馈***，使得室902的温度和压力可保持在预定的运行范围内。如图8中所示，室902还可包括出口914，其连接至外部***以将在室902中产生的HCl水溶液除去。

如以上讨论的，H₂和Cl₂暴露于紫外辐射908影响HCl的形成。但是，涉及H₂和Cl₂的反应如果不在受控的环境中进行的话可为***性的。通常，可控的H₂和Cl₂反应可发生在当Cl₂∶H₂比率大于1时的富含氯气的环境中。已知与H₂和Cl₂气体典型相关的危险，在一些实施方式中，室902可包括传感器947，其监控存在于***900中的Cl₂和H₂的浓度和/或比率Cl₂∶H₂比。

图9说明示例性的传感器947的框图，传感器947可测量在给定环境901中的H₂∶Cl₂(或Cl₂∶H₂)比率。为了方便，以下描述讨论测量在H₂、Cl₂环境例如示例性的环境901中的H₂∶Cl₂(或Cl₂∶H₂)比率的传感器947的使用和运行。但是，应理解传感器947又可用于任何涉及H₂和Cl₂结合的设置中，例如用于来自氯-碱设备的HCl的产生、Cl₂的中和、或其它这样的需要受控的H₂-Cl₂反应的设置。而且，应理解传感器947的使用不限于H₂和Cl₂环境，而是可用于测量在气体混合物中任意(和任何数量)气体的浓度或比率。

如图9中所示，传感器947可包括热元件952和温度传感元件954。热元件952可包括任何热源例如电阻性加热源、或任何这样的能够产生净热(功率)的元件。温度传感元件954可包括任何温度传感元件，包括热电偶、热敏电阻、IC传感器、IR传感器、或任何其它能够对接近热元件952的温度进行测量的器件。如图9中所示，为了耐受由环境901导致的实质退化，热元件952和温度传感元件954可进一步包封在外壳956中。外壳956可例如由玻璃、塑料、金属或任何其它类型的材料形成。而且，热元件952可连接以通过经由线905接收信号(电流或电压信号)而产生净热(功率)，和温度传感元件954可经由线907提供由热元件952的加热产生的温度信号。

在传感器947的正常运行期间，由热元件952产生的热可传输到环境901和外壳956。在热元件952和环境901之间传输热的速率可取决于环境901的热阻率和外壳956的热阻率。外壳956的热阻率可取决于用于产生外壳956的材料的类型和物理特性。典型地，可选择形成外壳956的材料，使得它们的热阻率在与环境热阻率相比时是小的(可忽略的)。如公知的，H₂的热导率比Cl₂的热导率大得多(为约15倍大)。因此，在H₂、Cl₂混合物中(例如在阳极室中)的H₂∶Cl₂浓度比率的变化可导致环境901的热阻率的显著变化。例如，如果H₂/Cl₂环境901中H₂的浓度增加，环境901的热阻率可降低，因为H₂的热导率比Cl₂的热导率大得多(如上所述)。环境901的热阻率的降低可导致更多的来自热元件952的热消散到环境901，由此冷却热元件952。类似地，如果环境901中Cl₂的浓度增加，环境901的热阻率可增加，这又可导致较少的来自热元件952的热消散到环境901。如将在以下详细讨论的，通过监控热元件952和环境901之间的传热，例如，通过(经由温度传感元件954)监控接近热元件952的温度，可评估H₂∶Cl₂浓度比率。

图10进一步描绘说明传感器947的运行的等效热路图。外壳热阻率和环境热阻率分别描绘为(等效的)电阻器θ’和θ。如之前讨论的，热元件952可通过(经由线905)接收信号例如恒定电流、恒定电压或任何其它能够跨越热元件952产生净功率的信号产生净功率P。例如，热元件952可通过从已知的电压源V经由线905接收电流I产生净热P。如以上讨论的，温度传感元件954可(经由线907)提供与热元件952相关的温度读数T。应理解，温度读数T可包括直接或间接对应于由温度传感元件954检测的给定温度的任意值。例如，温度读数T可包括可表明由温度传感元件954检测的温度的值或可表明相对于环境温度的由温度传感元件954检测的温度的值。在一些实施方式中，当跨越热元件952不产生热时，温度传感元件954可表明与环境901相关的环境温度读数T_a。

如在图10中看到的，由热元件952产生的热P可传输到环境901并可使在温度传感元件954处的温度(温度读数T)升高。由温度传感元件954读取的温度取决于跨越热元件952产生的热(功率)P和传输到环境901的热。如之前讨论的，热P传输通过环境901的速率取决于外壳热阻率θ’和环境热阻率θ。如以上讨论的，当与θ相比时，θ’可为可忽略的，因此：

T＝function(P，θ)(1)

而且，如之前对于图11讨论的，环境热阻率θ也取决于H₂和Cl₂混合物的浓度比率x。因此，

T＝function(P，θ，x)(2)

如从方程2看到的，H₂、Cl₂浓度比率x可由从温度传感元件954接收的温度读数T计算。如对于图6详细讨论的，在一些实施方式中，θ和x之间的关系由在受控条件下的实验室测量典型地扩展的一个或多个曲线图得出。在一些实施方式中，由上述曲线图得出的θ和x的对应值可储存在可作为控制和反馈线路970的一部分包括的存储器(未示出)中。

而且，在一些实施方式中，传感器947可(经由线905和907)连接到控制和反馈***970，并可配置为基于温度读数T计算x，且因此调节在混合物中H₂、Cl₂的比例(浓度)，使得可保持受控的反应。

如上所述，图6是描绘环境热导率(1/θ)和比率x之间的关系的示例性的曲线图。所述曲线图在x轴上描绘Cl₂∶H₂相对浓度比率x和在y轴上描绘环境热导率(1/θ)。如在图6中看到的，对于给定的θ，可得到比率x的对应值。而且，如以上讨论的，θ和x的对应值由图6中描绘的曲线图得出并可储存在作为控制和反馈线路970的一部分包括的存储器中。

图11说明替换的传感器947。如图11中所示，温度传感元件954为热电偶972。热电偶972可配置为响应于由温度传感元件954检测的温度T提供电压读数V’(跨越线907)。以与对于图10讨论的类似的方式，可跨越热元件952产生净功率P。而且，环境热阻率θ由于H₂和Cl₂比率的变化而变化，由热电偶972检测的温度可变化，这又可导致跨越线907出现电压读数V’。在一些实施方式中，V’和由热电偶72检测的温度T之间的关系由在受控的条件下的实验室测量典型地扩展的一个或多个曲线图得出，如图6中描绘的。以与对于图6讨论的类似的方式，在一些实施方式中，由所述曲线图得出的T和V’的对应值可储存在可作为控制和反馈线路370的一部分包括的存储器(未示出)中。而且，一旦从电压读数V’计算温度T，比率x可以对于方程2讨论的类似的方式计算，且控制和反馈***970可因此调节在混合物中H₂、Cl₂的比例(浓度)，使得可保持受控的反应。

图12说明使用热敏电阻形成的传感器947。如在图12中所示，传感器957可包括热敏电阻982，所述热敏电阻982具有随着由在该热敏电阻周围的环境检测的温度T变化的电阻R。热敏电阻982包括如在之前的实施方式中显示的热元件和温度传感元件两者。以与对于图10描述的类似的方式，可跨越热敏电阻982产生净功率P。例如，如果由已知的电压源V和电流I跨越热敏电阻982产生净功率P，那么：

P＝I²*R(3)

而且，R和T之间的关系可通过如下的Steinhart-Hart方程表示：

$\frac{1}{T}=\frac{1}{T_0}+\frac{1}{B}\ln \left(\frac{R}{R_0}\right)---\left(4\right)$

其中R_o为在基准温度T₀下的热敏电阻982的电阻，和B为器件常数。典型地，R_o、T₀和B被包括作为与热敏电阻982相关的产品说明书的一部分。

当跨越热敏电阻982不产生热(即，没有跨越线905施加信号)时，热敏电阻982的电阻R对应于环境901的温度T_a。当跨越热敏电阻982产生热P时，那么在热敏电阻982和周围环境之间传输的热(P_t)可如下表示：

P_t＝K(T-T_a)(5)

其中K为传热系数。而且，在平衡条件下：

P＝P_t(6)

因此由方程3、4和5，

I²R＝K[B/Ln(R/R_inf)-T_a](7)

其中，

R_inf＝R₀e^-B/T ₀

因此，如可从方程7看到的，因为I、B和R_inf可为已知的量，

R＝function(K，T_a)(8)

和因为V＝I*R(来自欧姆定律)，

V＝function(K，T_a)(9)

而且，因为K为热敏电阻982和环境901之间的传热系数，K与环境热阻率8(如对于图10讨论的)直接相关，所述环境热阻率8进一步取决于比率x。因此，由方程9：

V＝function(x，T_a)(10)

由方程10，由已知的电压源V和温度T_a得出H₂和Cl₂比率x。在一些实施方式中，由以上讨论的方程4得出的T_a和V的对应值可储存在存储器(未示出)中，所述存储器例如被包括作为控制和反馈线路970的一部分。而且，控制和反馈***970可使用x的计算值，其可用于调节H₂、Cl₂混合物的比例(浓度)，使得可保持受控的反应。

如以上对于图9、10、11和12讨论的，传感器947可用于监控可存在于静态环境例如可存在于室992中的环境901中的气体混合物的相对浓度。在一些实施方式中，环境901可为其中一种或多种气体(例如H₂和/或Cl₂)以恒定和/或可变速率移动的动态环境。图13说明可用于监控在动态环境991中的气体混合物的相对浓度的传感器947的实施方式。如图13中所示，传感器947可进一步包括多孔膜992，其至少部分地包封外壳956，使得在膜992和外壳956之间存在空间994。在一些实施方式中，膜992可包括塑料膜、或任何其它类型的容许气体从环境991流动通过其而不影响气体的相对浓度的膜。而且，当气体流动通过膜992时，由膜992包封的环境(在空间993中)如果与对于图10讨论的静态环境901不是相同的也可为类似的。因此，以与对于图10讨论的类似的方式，可计算在动态环境991中的气体的相对浓度比率x(例如Cl₂∶H₂)。

在一些实施方式中，所得的在阳极电解质319中的H⁺的增加可通过渗透膜242控制。离子选择性层315可对H⁺通过而进入阴极室244和含水阴极电解质317中有影响。由于水与氢离子一起传输，该通过典型地导致阳极电解质液位308的下降。例如，约4至约6分子的H₂O可与穿过膜242的各H⁺分子一起通过而进入阴极室244中。该通过导致电解质液位308的下降，由此使电解质319的组分浓缩。相反地，H₂O通过而进入阴极室244中导致溶解在电解质317中的组分的浓度降低。

在一些实施方式中，在阳极室240中设置上传感器332和下传感器334以检测和控制电解质液位308。一旦电解质液位308达到下传感器334，则通过如通过阀342控制的出口340对阳极室240进行排空。然后将电解质经由管道244通过入口310再引入阳极室240中，直到电解质液位308达到上传感器332。在一些实施方式中，阀346可控制电解质通过管道312向阳极室240中的引入。在一些实施方式中，阀312可在电解质开始填充阳极室240后保持开启一段时间以冲刷室240。一旦再填充阳极室240，再次将电力施加至电极294和292以开始产生氯气。

电解质317可流动通过阴极室244，使得阴极室244总是充满的。在一些实施方式中，电解质319和电解质317来自相同的储罐。在一些实施方式中，电解质319可源自单独的罐。

图4说明包括与再平衡池300连接的氧化还原流通单元电池100的氧化还原流通电池***400。仅仅为了方便，以包括通过膜106隔开的阴极室108和阳极室110的单个单元电池说明氧化还原流通单元电池100。在阳极室110中产生的H₂可从氧化还原单元电池100传输通过管道248并经由入口250进入阳极电解质储存器252，阳极电解质储存器252还包含阳极电解质126。从那里，H₂可从出口210排出并沿着管道212运输且经由入口336进入再平衡池300的阳极室240。再平衡池300还容纳阴极室244。阳极室240和阴极室244通过多孔膜242隔开。阴极室244包含阴极292，而阳极室240包含阳极294。

当阳极室240中的阳极电解质包括含水HCl时，氧化过程将在阳极294实现形成C1₂，其然后收集在阳极室240的顶部。通过入口336引入的H₂也收集在阳极室240的顶部。阳极室240包括紫外源218，其可用于使H₂和Cl₂暴露于紫外辐射220。紫外源218可被壳包封以保护其不暴露于阳极室240中的物质(例如Cl₂和H₂)。如之前表明的，H₂和Cl₂暴露于紫外辐射220实现形成HCl，其然后可在含水阴极电解质中离解为H⁺和Cl^-。由紫外源218的运行产生的热和压力可通过传感器246精密地监控。H₂和Cl₂浓度可通过气体传感器247监控。

渗透膜242可容许H⁺通过而进入阴极室244和其中包含的含水阴极电解质中。该通过典型地导致阳极室240中电解质体积的下降。如之前所述的，阳极室240中的电解质液位控制在下传感器334和上传感器332之间。在一些实施方式中，通过下传感器334检测的电解质液位的下降将停止电力的流动和实现电解质通过出口340和阀342的排空。从那里，电解质可沿着管道344传输并经由入口346进入阴极电解质储存器266中。然后，电解质可从出口348沿着管道312流动以经由入口310再填充阳极室240。在一些实施方式中，阀342可在电解质开始填充阳极室240后保持开启一段时间以冲刷室240。一旦再填充阳极室240，再次将电力施加至电极294和292以使电解质319饱和以开始产生氯气。

在一些实施方式中，阳极室240的再填充可通过来自管道274的第二臂实现。例如，在一些实施方式中，电池***400可缺乏管道312。因此，在一些实施方式中，可实施来自管道274的第二臂(未示出)以实现电解质经由入口310向阳极室240的传输以再填充。在一些实施方式中，可实施阀以控制所述填充。

H⁺通过而进入阴极室244中导致阴极电解质的液位和其中存在的H⁺的水平上升。合适的阴极电解质液位的恢复可通过如下实现：通过管道262经由出口260排空阴极电解质的体积。阴极电解质沿着管道262传输并经由入口264进入阴极电解质储存器266。那里，阴极电解质可被平衡并经由出口278再次驱出。来自阴极电解质储存器266的经平衡的阴极电解质可用于通过管道280和入口282代替从阴极室244排空的阴极电解质。

或者，在一些实施方式中，来自阴极室244的阴极电解质可安置为通过其它方式与阴极电解质储存器266流体连通。例如，在一些实施方式中，氧化还原电池***400可缺乏管道262。因此，在一些实施方式中，可实施来自管道274的第二臂以影响电解质从阴极室244向阴极电解质储存器266的传输。在一些实施方式中，可实施阀以控制所述传输。

氧化还原流通单元电池100的阴极室108中的阴极电解质可通过出口112排空并经由管道274和入口276在阴极电解质储存器266中补充。所补充的阴极电解质124通过出口267离开阴极电解质储存器267，其然后传输通过管道268并经由入口114再引入阴极室108中。类似地，阳极电解质储存器252将新鲜的阳极电解质126从出口250经由管道248和入口118进料到阳极室110中。一旦耗尽，所述阳极电解质可通过出口116从阳极室110排空并沿着管道256传输以经由入口254再引入阳极电解质储存器252中。

替换的I/O端口和管道布置对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。例如，在一些实施方式中，入口346可安置在阴极电解质储存器266的顶部，而不是如图4中描绘的侧面。对于图4中描绘的I/O端口和管道布置的其它重排是显而易见的并且具有实现类似结果的能力。

图5说明用于控制再平衡池300的控制***500。控制***的实例描述在与本申请同时提交的题为“ControlSystemforaFlowCellBattery”的美国专利申请中，其要求2009年5月28日提交的题为“ControlSystemforaFlowCellBattery”的美国临时专利申请No.61/182,660的优先权，这两者通过参考引入本文。如图5中所示，控制***500包括控制器510。控制器510包括一个或多个处理器、用于储存数据和程序设计的易失性和非易失性存储器、可包括用于接收和数字化数据的模拟数字转换器的输入信号处理、和可包括用于根据需要提供可变信号的数字模拟转换器的输出信号处理。如图5中所示，控制器510可接收来自传感器246的与温度和压力相关的信号、来自传感器247的与氢气对氯气的浓度相关的信号、来自下传感器334的下液位传感器信号、和来自上传感器332的上液位信号。从这些输入信号，控制器510提供一个或多个信号以控制电极292和294之间的电流，如果出现过压或过热情况则提供警报，和控制再填充过程以恢复阳极室240中的电解质液位。此外，控制器510可连接至通信总线，通过其可报告再平衡池228的状态和可从控制氧化还原电池***的控制***接收意见例如再平衡开启命令信号。

在实施方式中，氧化还原流通电池***包括用于控制氧化还原流通单元电池运行的主处理器和用于控制再平衡池运行的再平衡池处理器。再平衡池处理器和主处理器独立地运行。但是，在一些实施方式中，主处理器和再平衡池处理器传递状态信息。例如，如果再平衡池进入停工状态，则通过与再平衡池处理器的通信通知主控制器该转换。在这样的情况下，主处理器将继续使氧化还原流通电池***运行，直到它认为必须关闭氧化还原流通电池***。但是，如果主处理器关闭氧化还原流通电池***，该停工信号从主处理器送至要求再平衡池停工直到主处理器使再平衡池***再启动的再平衡池处理器。

如以上讨论的，氯气的产生可通过存在于阳极室240中的氢气浓度对氯气浓度的比率管理。在一些实施方式中，氯气对氢气的比率保持在约1或约2之间。图6说明作为氯气浓度对氢气浓度比率的函数的施加至电极294和292的电力。例如，在一些实施方式中，该函数为抛物线的。

图7说明可通过图5中说明的控制器510执行的状态机图800的实例。状态机图800可为配置为储存待处理器执行的指令的处理器可访问的储存介质的一个实施方式。一般地说，处理器可访问的储存介质可包括在使用期间处理器可访问的任何储存介质以向处理器提供指令和/或数据。例如，处理器可访问的储存介质可包括储存介质如磁性介质或光学介质，例如盘(固定的或可移动的)、带、CD-ROM或DVD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW或Blu-Ray。储存介质可进一步包括易失性或非易失性存储器介质例如RAM(如同步动态RAM(SDRAM)、双倍数据速率(DDR、DDR2、DDR3等)SDRAM、低功率DDR(LPDDR2等)SDRAM、存储器总线(Rambus)DRAM(RDRAM)、静态RAM(SRAM)等)、ROM、闪存、经由外部接口例如通用串行总线(USB)接口可访问的非易失性存储器(如闪存)。储存介质可包括经由通信媒介例如网络和/或无线连接可访问的储存介质。

控制器510可以初始化状态开始。从初始化状态，所述控制器循环经过填充和排空状态以准备进行再平衡反应。如果再平衡池在池的静态侧(例如阳极室)具有流体，所述控制器将再平衡***转换到INITDrain状态。在INITDrain状态，再平衡***中的基本上全部流体从静态侧排空。在再平衡池排空后，再平衡***转换到INITFill状态。在INITFill状态，再平衡池的室用铁侧电解质填充。如果再平衡***在室中不具有流体，可跳过第一INITDrain状态且所述***可直接进入INITFill状态。

为了确保再平衡流通单元电池的合适的初始化已发生(例如氯气的猝灭(quenching)是完全的)，再平衡***控制器循环经过INITDrain和INITFill循环至少三次。在已使用RBCENV状态结束各INITFill阶段时，监控所进行的循环次数。

在初始化期间，如果下液位开关334开启和上液位开关332开启且流通单元电池组100两端的电压大于例如19.5V的阈电压，则控制器510转换到初始填充状态INITFill。在INITFill，控制器关闭排空阀342和开启填充阀346。如果在RBCINI，开关334和332之一或两者关闭，则控制器510转换到排空状态INITDrain，其中填充阀346关闭和排空阀342开启。在预定时间例如约三分钟后，且如果开关334开启，则控制器510转换到初始填充状态INITFill。在初始填充状态INITFill，排空阀342关闭和填充阀346开启，直到开关332关闭，之后再平衡控制器转换到延迟状态RBCENV。在状态RBCENV，阀342和346均是关闭的，并且开始预定时间例如约五分钟的等待。如果如通过传感器247测量的氯气水平增高至高于阈值水平例如约5％，则控制器转换回到排空状态INITDrain。否则，一旦等待时间段结束，控制器就转换到开启状态RBCON。如果检测到故障状况，状态INITFill和RBCENV还可转换到停工状态ShutDown。

当检测到故障状况时，若干状态转换到停工状态802。故障状况包括，例如，LED电流不倾斜向上(rampup)的故障、高温状况、硬件故障、气体检测传感器的故障或检测到的气体检测传感器与流体接触的故障、控制电压故障、来自主处理器的要求、超时状况、开关故障、或一些其它故障。从主处理器接收的指示再平衡池关闭的信号也可解释为导致转换到停工状态的故障。

在开启状态RBCON，阀342和346关闭且在电极292和294之间提供再平衡电流。LED可开启以向再平衡池提供紫外光以引发H₂和Cl₂的反应。如以上讨论的，可响应于如通过传感器247检测的氢气对氯气浓度的比率的测量结果来控制导致Cl₂产生的在电极292和294之间提供的电流。关于H₂和Cl₂的反应的进一步的细节描述在与本申请同时提交的题为“MethodsofProducingHydrochloricAcidfromHydrogenGasandChlorineGas”的美国专利申请中，其要求2009年5月28日提交的题为“MethodsofProducingHydrochloricAcidfromHydrogenGasandChlorineGas”的美国临时专利申请No.61/182,335的优先权，这两者通过参考引入本文。

如果单元电池组100两端的电压下降至低于例如约17.5V的阈值，或实际的SOC小于12％，则控制器可将再平衡***从开启状态RBCOn转换至冬眠状态Hibernate。在冬眠状态814，切断电极292和294之间的电流，并且关闭光化学LED。当单元电池组100两端的电压增高至高于例如18V的再启动阈值时，则控制器可转换到INITDrain且再平衡池再启动。氧化还原流通单元电池100的电压下降至低于阈值可表明氧化还原流通单元电池100的实质放电，而大约再启动阈值的增高表明氧化还原流通单元电池100的充电循环的开始。

如果通过传感器246测量的温度增高大约第一温度阈值(例如95℃)，或如果温度增高的速率大于速率阈值(例如3℃/秒)，或如果通过传感器246测量的压力增高大约压力阈值，则控制器510从RBCOn状态转换至备用模式816，其中切断电极292和294之间的电流。一旦温度降低至低于例如75℃的第二温度阈值，和压力降低至低于第二压力阈值，控制器可将再平衡池转换回到RBCOn状态。如果检测到故障，控制器可引发从备用模式RBCStandBy转换到停工状态ShutDown。

当下液位开关334和上液位开关332两者开启，部分填充计数小于设定值(例如六)，电荷状态(SoC)小于阈值(例如20％)，且流通电池***处于放电模式时，控制器将***从开启状态RBC_On转换到部分填充状态RBCPartialfill。在部分填充状态RBCPartialfill，开启填充阀，直到下液位开关334和上液位开关332两者关闭，在该点处控制器将***转换回到RBCOn状态。再次，如果检测到故障状况或超时状况，控制器从部分填充状态转换到停工。RBCPartialfill状态用于使池中的流体液位再平衡。由于在再平衡期间水在各室之间的传输，静态室(240)的流体液位逐渐降低。在RBCPartialfill状态，用流体填充静态室240，直到上传感器显示已经将室再填充。

当开关332和334开启，部分填充数大于设定值(例如六)，SoC小于阈值(例如20％)，且流通电池***处于放电模式时，控制器转换到排空状态RBCDrain。在排空状态RBCDrain，切断电极292和294之间的再平衡电流，且开启排空阀342。在设置的时间段(例如大于6分钟)和再平衡电流小于例如10A的值后，控制器从RBCDrain状态转换到RBCFill状态。在RBCFill状态820，排空阀342关闭和填充阀346开启。当一些控制器开关关闭或已达到超时(例如9分钟)时，控制器转换回到RBC_On状态。

在ShutDown状态，再平衡电流(在再平衡池的电极292和294之间提供的电流)中断且UVLED灯关闭。控制器可继续监控传感器246、247以及液位传感器334和332，且可继续将如通过传感器表明的再平衡池的状态通过通信总线例如I2C总线报告到流通电池的***控制器。如果开启再平衡池且没有故障，或已通过通信总线接收到故障重置，控制器转换到再平衡初始化状态。

在本专利中，一些美国专利、美国专利申请和其它材料(例如文章)已经通过参考引入。但是，这样的美国专利、美国专利申请和其它材料的文本仅在这样的文本和本文中所阐述的其它陈述及附图之间没有矛盾的程度上通过参考引入。在这样的矛盾的情况下，则在这样的通过参考引入的美国专利、美国专利申请和其它材料中的任何这样的矛盾文本明确地不通过参考引入本专利中。

考虑到本说明书，本发明的各方面的进一步的改变和替换实施方式对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。因此，本说明书解释为仅说明性的，且用于教导本领域技术人员实施本发明的通常方式的目的。将理解，在本文中显示和描述的本发明的形式作为实施方式的实例。可用要素和材料代替本文中说明和描述的那些，部分和过程可倒转，且本发明的一些特征可独立地使用，这些全部对于本领域技术人员来说在获益于本发明的说明书后是显而易见的。在不脱离所附权利要求描述的本发明的精神和范围的情况下，在本文中描述的要素中可进行改变。

Claims (70)

1.氧化还原流通电池***，包括：

至少一个氧化还原流通单元电池；和

再平衡***，其与所述氧化还原流通单元电池连接并且包括：

至少一个再平衡池，其包含阳极室、阴极室和至少一个紫外辐射源；和

至少一个用于监控所述阳极室中的H₂和Cl₂气体浓度的传感器，所述至少一个传感器包括热元件和监控所述热元件和所述阳极室之间的传热的温度传感元件；

其中所述至少一个氧化还原流通单元电池和所述再平衡***彼此流体连通，

其中所述至少一个紫外辐射源包括在所述阳极室中。

2.权利要求1的氧化还原流通电池***，进一步包括至少一个阳极电解质储存器，其包含至少一种含水阳极电解质溶液。

3.权利要求2的氧化还原流通电池***，其中所述至少一种阳极电解质溶液包括至少一种酸和至少一种金属盐。

4.权利要求3的氧化还原流通电池***，其中所述至少一种酸为HCl。

5.权利要求3的氧化还原流通电池***，其中所述至少一种金属盐为铬氯化物。

6.权利要求1的氧化还原流通电池***，进一步包括至少一个阴极电解质储存器，其包含至少一种含水阴极电解质溶液。

7.权利要求6的氧化还原流通电池***，其中所述至少一种阴极电解质溶液包括至少一种酸和至少一种金属盐。

8.权利要求7的氧化还原流通电池***，其中所述至少一种酸为HCl。

9.权利要求7的氧化还原流通电池***，其中所述至少一种金属盐为铁氯化物。

10.权利要求1的氧化还原流通电池***，其中所述至少一个紫外辐射源发射370nm-430nm的波长的光。

11.权利要求10的氧化还原流通电池***，其中所述至少一个紫外辐射源发射390nm-410nm的波长的光。

12.权利要求1的氧化还原流通电池***，其中所述再平衡池包括至少一个计量器以监控温度和压力。

13.权利要求1的氧化还原流通电池***，其中所述至少一个氧化还原流通单元电池包括通过膜隔开的阳极室和阴极室，和设置在所述阳极室和阴极室的各自中的电极。

14.权利要求13的氧化还原流通电池***，其中所述膜为多孔膜。

15.权利要求14的氧化还原流通电池***，其中所述多孔膜包括对于由含水HCl导致的实质退化不敏感的材料。

16.权利要求14的氧化还原流通电池***，其中所述多孔膜进一步包括面对所述阴极室的层，所述层对于H⁺是选择性渗透的。

17.权利要求16的氧化还原流通电池***，其中所述选择性渗透层是全氟化的。

18.权利要求17的氧化还原流通电池***，其中所述全氟化的层包括至少一个具有以下结构的单元：

19.权利要求13的氧化还原流通电池***，其中所述至少一个再平衡池的阴极室中的电极对于由含水HCl导致的实质退化不敏感。

20.权利要求13的氧化还原流通电池***，其中所述电极包括设置在基底上的碳或混合金属氧化物。

21.权利要求20的氧化还原流通电池***，其中所述基底为钛。

22.权利要求20的氧化还原流通电池***，其中所述混合金属氧化物包括铱和钌氧化物。

23.权利要求20的氧化还原流通电池***，其中所述基底的至少一些在所述碳或混合金属氧化物的沉积后保持暴露。

24.权利要求1的氧化还原流通电池***，其中所述再平衡***安置为与至少一个H₂气体源流体连通。

25.权利要求24的氧化还原流通电池***，其中所述至少一个H₂气体源为所述至少一个氧化还原流通单元电池。

26.权利要求25的氧化还原流通电池***，其中通过至少一个阳极电解质储存器建立所述至少一个氧化还原流通单元电池和所述至少一个再平衡***之间的流体连通。

27.权利要求25的氧化还原流通电池***，其中所述至少一个氧化还原流通单元电池实现H₂气体的形成，和所述H₂气体的至少一些传输至所述至少一个再平衡池。

28.权利要求27的氧化还原流通电池***，其中所述至少一个氧化还原流通单元电池实现Cl₂气体的形成。

29.权利要求28的氧化还原流通电池***，其中激活所述至少一个紫外辐射源以实现HCl的形成。

30.权利要求29的氧化还原流通电池***，其中通过阴极电解质储存器建立所述至少一个再平衡池与所述至少一个氧化还原流通单元电池之间的流体连通。

31.再平衡池，包括：

至少一个紫外辐射源；

至少一种含水阳极电解质溶液，其包含至少一种酸和至少一种金属盐；

至少一种含水阴极电解质溶液，其包含至少一种酸和至少一种金属盐；

通过膜隔开的阳极室和阴极室；

设置在所述阳极室和阴极室的各自中的电极，和

至少一个用于监控所述阳极室中的H₂和Cl₂气体浓度的传感器，所述至少一个用于监控所述阳极室中的H₂和Cl₂气体浓度的传感器包括热元件和监控所述热元件和所述阳极室之间的传热的温度传感元件；

其中所述至少一个紫外辐射源包括在所述阳极室中。

32.权利要求31的再平衡池，其中用于所述阳极电解质和阴极电解质溶液两者的至少一种酸为HCl。

33.权利要求31的再平衡池，其中所述至少一种阳极电解质溶液的至少一种金属盐包括铬氯化物。

34.权利要求31的再平衡池，其中所述至少一种阴极电解质溶液的至少一种金属盐包括铁氯化物。

35.权利要求31的再平衡池，其中所述膜为多孔膜。

36.权利要求35的再平衡池，其中所述多孔膜包括对于由含水HCl导致的实质退化不敏感的材料。

37.权利要求35的再平衡池，其中所述多孔膜进一步包括面对所述阴极室的层，所述层对于H⁺是选择性渗透的。

38.权利要求37的再平衡池，其中所述选择性渗透层是全氟化的。

39.权利要求38的再平衡池，其中所述全氟化的层包括至少一个具有以下结构的单元：

40.权利要求31的再平衡池，其中至少一个再平衡池的阴极室中的电极对于由含水HCl导致的实质退化不敏感。

41.权利要求31的再平衡池，其中电极包括设置在基底上的碳或混合金属氧化物。

42.权利要求41的再平衡池，其中所述基底为钛。

43.权利要求41的再平衡池，其中所述混合金属氧化物包括铱和钌氧化物。

44.权利要求41的再平衡池，其中所述基底的至少一些在所述碳或混合金属氧化物的沉积后保持暴露。

45.权利要求31的再平衡池，其中所述至少一个紫外辐射源发射370nm-430nm的波长的光。

46.权利要求45的再平衡池，其中所述至少一个紫外辐射源发射390nm-410nm的波长的光。

47.权利要求31的再平衡池，进一步包括连接至所述阴极室的至少一个气体入口和连接至所述阳极室的至少一个出口。

48.权利要求47的再平衡池，其中所述至少一个气体入口安置为与至少一个包含H₂的气体源流体连通。

49.权利要求48的再平衡池，其中所述至少一个H₂气体源为氧化还原流通单元电池。

50.权利要求48的再平衡池，其中所述至少一个气体入口实现至少一些H₂向所述阴极室的传输。

51.权利要求50的再平衡池，其中所述阴极室进一步包括Cl₂气体。

52.权利要求51的再平衡池，其中所述阴极室中的电极实现其中存在的Cl₂气体的形成。

53.权利要求51的再平衡池，其中激活所述至少一个紫外辐射源以实现HCl的形成。

54.权利要求31的再平衡池，进一步包括与至少一个阴极电解质源流体连通的至少一个阴极电解质入口。

55.权利要求54的再平衡池，进一步包括至少一个阴极电解质传感器。

56.权利要求55的再平衡池，其中所述至少一个阴极电解质传感器电子连接至所述至少一个阴极电解质入口。

57.权利要求31的再平衡池，进一步包括至少一个用于监控所述阳极室中的温度和压力的传感器。

58.再平衡***，包括至少一个权利要求31的再平衡池。

59.权利要求58的再平衡***，进一步包括至少一个阳极电解质储存器，其包含至少一种含水阳极电解质溶液。

60.权利要求59的再平衡***，其中所述至少一种阳极电解质溶液包括至少一种酸和至少一种金属盐。

61.权利要求60的再平衡***，其中所述至少一种酸为HCl。

62.权利要求60的再平衡***，其中所述至少一种阳极电解质溶液的至少一种金属盐包括铬氯化物。

63.权利要求58的再平衡***，进一步包括至少一个阴极电解质储存器，其包含至少一种含水阴极电解质溶液。

64.权利要求63的再平衡***，其中所述至少一种阴极电解质溶液包括至少一种酸和至少一种金属盐。

65.权利要求64的再平衡***，其中所述至少一种酸为HCl。

66.权利要求64的再平衡***，其中所述至少一种阴极电解质溶液的至少一种金属盐包括铁氯化物。

67.权利要求58的再平衡***，其中所述再平衡池安置为与至少一个H₂气体源流体连通。

68.权利要求67的再平衡***，其中所述至少一个H₂气体源为至少一个氧化还原流通单元电池。

69.权利要求68的再平衡***，其中通过阴极电解质储存器建立所述至少一个氧化还原流通单元电池与所述再平衡池之间的流体连通。

70.权利要求68的再平衡***，其中通过阳极电解质储存器建立所述至少一个氧化还原流通单元电池与所述再平衡池之间的流体连通。