CN103069632A - 液流电池组*** - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式一般提供液流电池组电池、包括多个液流电池组电池的***，以及用于诸如通过流动及暴露阴极电解液至各种类型的阴极来改善液流电池组电池内的金属电镀的方法。在一个实施方式中，提供一种液流电池组电池，所述液流电池组电池包括由电解质膜隔开的阳极半电池和阴极半电池，其中阴极半电池包括垂直或实质上垂直于阴极电解液路径延伸且在阴极电解液路径内延伸并与阴极电解液接触的多条阴极线，且每条阴极线彼此平行或实质上彼此平行地延伸。在某些实例中，多条阴极线可具有至少两个阴极线阵列，每个阵列包括至少一个阴极线行且每行沿阴极电解液路径延伸。

Description

液流电池组***
发明背景
发明领域
本发明的实施方式一般涉及电化学电池，且更具体而言涉及液流电池组电池及***。
相关技术的描述
包括电化学电池的液流电池组已经存在了几十年且用于存储电能。尽管现有技术中存在各种液流电池组，但是仅有一些已知类型的液流电池组包括氰亚铁酸锌电池组及溴化锌电池组。在这些类型的电池组电池充电时，将金属（例如，锌）电镀至电池组电池内的平面电极上。为了获得高效电池组电池，应以可接受的速率、均匀性、体积及形态电镀金属。液流电池组的重要方面为在放电电池组电池期间电镀至平面电极上的所有金属或实质上所有金属可用于除镀。例如，以具有不良附着力的形态电镀或涂布的金属可能在放电之前就从平面电极脱落，且将损耗在电镀此金属时存储的能量。
此外，电镀（例如，金属厚度均匀）期间产生的电流密度分布不同于放电期间获得的电流密度，导致许多充电/放电循环期间不均匀金属的累积。因此，在某些区域中而非其它区域中金属将被耗尽至电极，可能导致气体逸出、较高的单电池电位及/或降低的电池组效率。剥落的或除镀的金属微粒积聚在电池组电池中，如果任由此金属微粒积聚继续而不干预（例如，移除剥落的金属），那么积聚的金属微粒可能堵塞电解液流道或通道、进入并污染电解质膜，或引起其它棘手问题。类似地，电镀至电极的某些部分且随后不除镀的金属可能在电池组的许多充电循环期间累积，引起诸如流动阻塞、短路或膜损坏等问题。
另外，典型液流电池组电池的紧凑性质大体带来获得最佳电镀性能的挑战。典型的液流电池组电池往往具有含由小缝隙隔开的大表面积的电极以最小化电池欧姆电阻（为了获得较高电池组效率）并使多个液流电池组电池保持封装在密集的阵列内。因此，电解液的流道限于狭窄通道，难以在大表面积的电极上提供均匀的高速率离子补充。此外，离子补充可随较高的电解液流动速率而增加，但是希望使泵送的流动速率与压力损失（泵能量必要条件）尽可能小以保持电池组效率。
因此，需要具有改善的至电极表面的离子补充（例如，质量传递）的液流电池组电池，以提供与具有平面电极的传统液流电池组相比以提高的速率、体积、均匀性与形态进行的金属电镀。
发明概述
本发明的实施方式一般提供液流电池组电池、包括多个液流电池组电池的液流电池组***，以及用于诸如通过流动及暴露阴极电解液至各种类型的阴极来改善液流电池组电池内金属电镀的方法。每个液流电池组电池一般包括由电解质膜隔开的阳极半电池与阴极半电池，所述电解质膜设置在阴极半电池与阳极半电池之间并与阴极电解液和阳极电解液流体连通。阴极半电池包括与沿阴极电解液路径流动的阴极电解液导电接触的阴极，所述阴极电解液路径在设置于阴极半电池的相对侧上的阴极电解液入口与阴极电解液出口之间延伸。阳极半电池包括与沿阳极电解液路径流动的阳极电解液导电接触的阳极，所述阳极电解液路径在设置于阳极半电池的相对侧上的阳极电解液入口与阳极电解液出口之间延伸。阴极接触设置在阴极半电池外部并与阴极电连接，且阳极接触设置在阳极半电池外部并与阳极电连接。
在一个实施方式中，提供包括阴极半电池及阴极的液流电池组电池，所述阴极半电池包括阴极电解液、阴极电解液入口、阴极电解液出口、在阴极电解液入口与阴极电解液出口之间延伸并在阴极半电池内延伸的阴极电解液路径，且所述阴极包括垂直或实质上垂直于阴极电解液路径延伸且在阴极电解液路径内延伸并与阴极电解液接触的多条阴极线，且每条阴极线彼此平行或实质上彼此平行地延伸。在某些实施方式中，多条阴极线可具有至少两个阴极线阵列，每个阵列包括至少一个阴极线行且每行沿阴极电解液路径延伸。在某些实例中，多条阴极线可具有2、3、4或更多个阴极线行。
多条阴极线可包括第一阴极线阵列和第二阴极线阵列，以使每个阴极线阵列与阴极接触独立地电连接。例如，在液流电池组的充电/放电循环期间，第一阴极线阵列可具有通电的阴极线且第二阴极线阵列可具有不通电的阴极线。在某些实例中，第一阴极线阵列可包括至少两个通电的阴极线行且第二阴极线阵列包括至少两个不通电的阴极线行。在充电/放电循环期间的某些配置中，第一阴极线阵列可设置在第二阴极线阵列与电解质膜之间，或者，第二阴极线阵列可设置在第一阴极线阵列与电解质膜之间。
阴极线一般在每个阴极线的行内彼此间隔一段预定距离。在许多实例中，预定距离等于或实质上等于阴极线的周长。阴极线可含有镉或镉合金。阴极线可为实心镉线或可为镀镉的金属线（诸如，用镉或镉合金电镀或涂布的钢或不锈钢）。阴极线可具有在约0.001英寸至约0.1英寸的范围内（诸如，从约0.005英寸至约0.05英寸，或诸如，从约0.01英寸至约0.04英寸，或诸如，从约0.02英寸至约0.03英寸，例如，约0.012英寸、0.024英寸或0.036英寸）的直径。阴极线可具有在约5cm至约300cm的范围内（例如，从约10cm至约50cm或从约20cm至约200cm）的长度。
在本文所描述的许多实施方式中，垂直于电解液(例如，阴极电解液)的流道设置阴极线，这为液流电池组电池提供许多性能改善。与传统的平面电极相比，阴极线一般产生更均匀的金属电镀。液流电池组***在使阴极线上的电流密度保持合理（例如，极限电流的低分数部分）的同时一般具有较高的电池电流密度，此较高的电池电流密度又导致相对于传统电池组的较高电池组充电速率。相对于传统的液流电池组，包括多条阴极线的液流电池组***一般具有导致给定电流密度处较长放电时间的较大金属存储容量。与传统的平面电极相比，各个阴极线阵列的顺序电镀有助于实现对液流电池组***的较长放电时间，以及提供原位电极维护以避免电极修复的停工时间。例如，在除镀一个阴极线阵列时，另一阴极线阵列可具有小涓流放电以确保完全或接近完全地去除电镀的金属。与传统的平面电极相比，阴极线在许多充电/放电循环期间提供大体为更均匀的且产生良好效能的电镀与除镀。阴极线产生大表面积，在所述大表面积中含有相对较小体积的金属。与传统的平面电极相比，大表面积的阴极线通常提供较低的电池电压降和较高的电池效率。在某些实例中，阴极线的表面含有镉（诸如，实心镉线、镉涂布的钢线或类似物），且阴极电解液含有金属离子（例如，锌离子），在充电循环期间用电化学方法还原金属离子并将金属离子电镀至阴极线上成为金属薄膜（例如，金属锌）。
液流电池组电池进一步具有与阳极半电池流体连通的阳极，所述阳极半电池包括阳极电解液、阳极电解液入口与阳极电解液出口，以及在阳极电解液入口与阳极电解液出口之间延伸并在阳极半电池内延伸的阳极电解液路径。液流电池组电池还包括与阴极线电连接并设置在阴极半电池外部的阴极接触，以及与阳极电连接并设置在阳极半电池外部的阳极接触。阳极可为含有铁、镍、铬、钢、不锈钢、以上的合金或以上的组合物的平面阳极。在许多实施方式中，因为阳极半电池反应是氧化还原反应，所以具有大表面积的多孔电极可有利地包括在液流电池组电池内。多孔电极材料的实例包括泡沫镍或泡沫石墨。电解质膜可含有聚合材料并具有在约0.005mm至约0.5mm范围内的厚度。
在另一实施方式中，提供包括阴极半电池的液流电池组电池，所述阴极半电池包括平面阴极、阴极电解液、阴极电解液入口、阴极电解液出口、在阴极电解液入口与阴极电解液出口之间延伸并在阴极半电池内延伸的阴极电解液路径，以及在阴极电解液路径内的敞开式方块流筛网（open block flow screen）。敞开式方块流筛网包括电绝缘材料的多个方块以及遍及整个电绝缘材料并在方块之间的多个通道。液流电池组电池进一步具有阳极半电池以及与阳极电解液路径流体连通的阳极，所述阳极半电池包括阳极电解液、阳极电解液入口、阳极电解液出口、在阳极电解液入口与阳极电解液出口之间延伸并且阳极半电池内延伸的阳极电解液路径。此外，液流电池组电池进一步具有设置在阴极半电池与阳极半电池之间并与阴极电解液与阳极电解液接触的电解质膜、与阴极电连接并设置在阴极半电池外部的阴极接触、以及与阳极电连接并设置在阳极半电池外部的阳极接触。
在许多实例中，敞开式方块流筛网从阴极电解液入口延伸至阴极电解液出口并从平面阴极延伸至电解质膜。敞开式方块流筛网通常与平面阴极的前向表面实体接触。敞开式方块流筛网内的方块可具有各种形状，包括矩形的几何形状、球形的几何形状、圆柱形的几何形状，以及不规则的三维几何形状。敞开式方块流筛网的通道可占围绕敞开式方块流筛网的总体积的约70%或70%以上。在某些实施方式中，敞开式方块流筛网可为含有织物或编织材料的多孔垫。织物或编织材料含有可具有在约5μm至约300μm的范围内（诸如，从约10μm至约100μm）的直径或孔隙度的通道。在其它实施方式中，敞开式方块流筛网含有设置在纤维或方块之间的通道，以使每个纤维或方块可具有各自独立地在约10μm至约500μm的范围内（诸如，从约10μm至约250μm，或从约10μm至约150μm，例如，从约10μm至约100μm）的宽度、长度、高度及/或直径。
在另一实施方式中，提供包括阴极半电池的液流电池组电池，所述阴极半电池包括阴极电解液、阴极电解液入口、阴极电解液出口、在阴极电解液入口与阴极电解液出口之间延伸并在阴极半电池内延伸的阴极电解液路径，以及与阴极电解液路径流体连通并垂直或实质上垂直于阴极电解液路径延伸的开槽阴极片（slotted sheet cathode）。开槽阴极片含有由通过金属片材（例如，不锈钢）设置的狭槽隔开的多个阴极条带。
开槽阴极片可含有铁、钢、不锈钢、镉、镀镉的不锈钢、以上的合金或以上的组合物。在某些实例中，开槽阴极片可含有不锈钢板或由不锈钢板形成，在所述不锈钢板中已模冲（stamped）、冲压（punched）或形成通过所述不锈钢片材的狭槽。开槽阴极片的每个阴极条带可具有在约0.005英寸至约0.1英寸范围内（诸如，从约0.01英寸至约0.05英寸，例如，约0.02英寸）的厚度，且可具有在约0.005英寸至约0.1英寸范围内（诸如，从约0.01英寸至约0.05英寸，例如，约0.02英寸）的宽度。此外，开槽阴极片的每个阴极条带可具有在约5cm（约1.97英寸）至约300cm（约118.11英寸）范围内的长度。在某些实例中，每个阴极条带可具有在从约20cm（约7.87英寸）至约200cm（约78.74英寸）或从约50cm（约19.69英寸）至约100cm（约39.37英寸）的范围内的长度。在其它实例中，每个阴极条带可具有在从约5cm（约1.97英寸）至约50cm（约19.69英寸）范围内（诸如，从约20cm（约7.87英寸）至约30cm（约11.81英寸））的长度。
液流电池组电池进一步包括阳极半电池以及与阳极电解液路径流体连通的阳极，所述阳极半电池包括阳极电解液、阳极电解液入口、阳极电解液出口、在阳极电解液入口与阳极电解液出口之间延伸并在阳极半电池内延伸的阳极电解液路径。液流电池组电池还包括设置在阴极半电池与阳极半电池之间并与阴极电解液和阳极电解液接触的电解质膜。液流电池组电池进一步包括与开槽阴极片电连接并设置在阴极半电池外部的阴极接触，以及与阳极电连接并设置在阳极半电池外部的阳极接触。
附图简要说明
为了可以详细理解获得本发明的示范性实施方式的方式，可参照图示于所附附图中的实施方式更加具体地描述简要概述于上的本发明。然而，应注意，所附附图仅图示本发明的典型实施方式并因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明可许可其它同等有效的实施方式。
图1A至图1C图示在本文的一个实施方式中所描述的包括液流电池组电池的液流电池组***，所述液流电池组电池具有暴露于阴极电解液的敞开式方块流筛网；
图2A至图2I图示本文的实施方式所描述的包括各种阴极线配置的液流电池组***；
图3A至图3F图示如本文的实施方式所描述的可并入液流电池组***的液流电池组电池组件；
图4图示如本文的实施方式所描述的包括多个种类的电池组电池的液流电池组***；
图5A至图5C图示如本文的实施方式所描述的可并入液流电池组电池的阴极线组件；和
图6A至图6C图示如本文的一个实施方式所描述包括具有开槽阴极片的液流电池组电池的液流电池组***。
具体描述
本发明的实施方式一般提供液流电池组电池、包括多个液流电池组电池的液流电池组***，以及用于改善至液流电池组电池内的各种不同类型的阴极上的金属电镀的方法。本文描述的液流电池组电池具有改善的阴极及电解液流道且因此提供与传统的液流电池组相比提高的电镀金属速率、均匀性及形态。在本文所描述的实施方式中，在电池组的充电循环期间，在上面电镀金属的电极可称为阴极且相同的半电池称为阴极侧。然而，在电池组放电循环期间电池组中的电流被逆转且在上面电镀金属的电极变成阳极。
在一个实施方式中，如图1A所图示，液流电池组***100包括液流电池组电池102，所述液流电池组电池102具有由电解质膜110隔开的阴极半电池122和阳极半电池142。图示仅具有一个液流电池组电池102的液流电池组***100，然而，液流电池组***100往往包括类似于液流电池组电池102的多个电池。可基于每个液流电池组电池102的总容量与整个液流电池组***100的所需的相对总能量容量确定液流电池组电池102的具体量。可将多个液流电池组电池102连接在一起用于存储所需的总能量容量。
阴极半电池122在液流电池组***100的阴极侧120上并包括与阴极电解液126流体连通的阴极（诸如，平面阴极124）。平面阴极124一般具有固体表面但可具有各种几何形状（诸如，扁平的平面阴极或圆柱形阴极）。平面阴极124一般含有诸如石墨或金属（诸如，镍、铁、铬、不锈钢、锌、镉、铅、汞、以上的合金或以上的组合物）的材料。在某些实例中，平面阴极124可含有镀镉的铁或镀铅的铁。在某些实例中，平面阴极124含有石墨。平面阴极124可具有复合结构并含有材料，该材料含石墨纤维、用镍或上述金属的另一金属电镀或涂布的石墨纤维（诸如，塑料或聚合物）。在其它实例中，平面阴极124为金属或复合结构，可用镉电镀或涂布所述平面阴极124。在某些实施方式中，平面阴极124可具有在约5cm至约300cm的范围内（例如，从约20cm至约200cm，诸如，从约50cm至约1000cm）的长度。在某些实例中，平面阴极124可具有在约10cm至约50cm的范围内（诸如，从约20cm至约30cm）的长度。在某些实施方式中，平面阴极124可具有在约500cm2至约4,000cm2的范围内（诸如，从约1,000cm2至约2,000cm2）的表面积。
在另一实施方式中，液流电池组电池102配置为由于阴极半电池122的尺寸的缘故而改善金属电镀均匀性，此改善为阴极电解液126沿阴极电解液路径133的给定体积流体速度提供增加的速度。在许多配置中，阴极半电池122可具有大于沿阴极电解液路径133的高度的长度和大于沿阴极电解液路径133的宽度的高度。此增加的体积流动速率又提供跨越阴极电解液路径133的长度的化学体积水平的最小耗尽。阴极电解液126的浓度在将金属电镀在平面阴极124上时实质上保持恒定值。因此，液流电池组电池102沿阴极电解液路径133的流向具有比宽度长的长度，此情况产生给定体积流动速率的最高流体速度。阴极半电池122跨越阴极电解液路径133（例如，在平面阴极124和电解质膜110之间）的宽度可在约1mm至约20mm的范围内，诸如，从约5mm至约15mm，例如，约10mm。阴极半电池122沿阴极电解液路径133（例如，在阴极电解液入口132和阴极电解液出口134之间）的长度可在约5cm至约300cm的范围内，诸如，从约20cm至约200cm，诸如，从约50cm至约100cm。阴极半电池122沿阴极电解液路径133（例如，垂直于宽度和长度）的高度可在约5cm至约300cm的范围内，诸如，从约20cm至约200cm，诸如，从约50cm至约100cm。在一个实例中，阴极半电池122可具有约200cm的长度、约10cm的高度和约10mm的宽度。在另一实例中，阴极半电池122可具有约100cm的长度、约20cm的高度和约10mm的宽度。
阴极电解液126可流入设置在阴极半电池122上的阴极电解液入口132，沿着阴极电解液路径133，并从设置在阴极半电池122上的阴极电解液出口134流出。阴极电解液路径133于阴极半电池122内在阴极电解液入口132与阴极电解液出口134之间延伸。在大多数实施方式中，阴极电解液126为液态电解质（诸如，基于水的电解液）。在某些实例中，阴极电解液126可为锌电解液。在一个实例中，锌/亚铁氰化物电池组的阴极电解液为碱性的。阴极电解液可含有在约1N至约7N的范围内（诸如，从约2N至约5N）的氢氧化物浓度。氢氧化物可为氢氧化钠或氢氧化钾并可用锌酸盐使氢氧化物饱和。在某些实例中，阴极电解液126可处于饱和或过饱和状态，以使锌酸盐在镀液中沉淀形成固态悬浮液。
在液流电池组电池102外部，阴极电解液126由导管136在阴极半电池122与阴极电解液源槽130之间循环。导管136在阴极电解液源槽130至阴极电解液入口132之间延伸并从阴极电解液出口134延伸至阴极电解液源槽130。一个或多个泵（诸如，泵138）可并入液流电池组***100内以有助于阴极电解液126流至阴极半电池122并从阴极半电池122流出。在某些实例中，泵138可设置在阴极电解液源槽130与阴极电解液入口132之间并在阴极电解液源槽130与阴极电解液入口132之间由导管136连接所述泵138。在其它实例中，泵138可设置在阴极电解液源槽130与阴极电解液出口134之间并在阴极电解液源槽130与阴极电解液出口134之间由导管136连接所述泵138。因此，在一个特定实例中，阴极电解液126可通过以下方式在液流电池组***100的阴极侧120内循环：从阴极电解液源槽130流出、通过导管136、通过阴极电解液入口132、沿阴极电解液路径133并在阴极半电池122内的敞开式方块流筛网160的通道164内流动、通过阴极电解液出口134、通过导管136，并回到阴极电解液源槽130。
在一个实施方式中，如图1A至图1C所图示，敞开式方块流筛网160设置在阴极电解液路径133内。敞开式方块流筛网160包括电绝缘材料的多个方块162以及设置在整个电绝缘材料中并在方块162之间的多个通道164。敞开式方块流筛网160有助于在阴极电解液126中贯穿整个细长通道164并沿细长通道164提供均匀的离子迁移。
在某些实施方式中，敞开式方块流筛网160从阴极电解液入口132延伸至阴极电解液出口134及/或从平面阴极124延伸至电解质膜110。在某些实例中，敞开式方块流筛网160可与平面阴极124的前向表面实体接触。敞开式方块流筛网160的通道164可占围绕敞开式方块流筛网160的总体积的约50%或50%以上，诸如，约70%或70%以上，或约75%或75%以上。因此，由于通道164所占的体积大于方块162的体积，所以敞开式方块流筛网160具有敞开式结构。
敞开式方块流筛网160的宽度可为与平面阴极124与电解质膜110之间的总间隙距离（诸如，阴极半电池122的宽度）相同、实质上相同，或小于所述总间隙距离。敞开式方块流筛网160的宽度可在约1mm至约20mm的范围内，诸如从约1mm至约10mm，例如，约1.5mm、约3.5mm或约10mm。敞开式方块流筛网160的长度可与阴极电解液入口132与阴极电解液出口134之间的距离（诸如阴极半电池122的长度或阴极电解液路径133的长度）相同、实质上相同或小于所述距离。敞开式方块流筛网160的长度可在约5cm至约300cm的范围内，诸如，从约5cm至约200cm，诸如，从约5cm至约100cm，例如，从约5cm至约50cm，诸如，从约10cm至约30cm，诸如约12cm或约20cm。
敞开式方块流筛网160的多个方块162可具有各种不同的几何形状，但较佳地具有三维多边形的几何形状，如矩形棱柱体几何形状（例如，立方体几何形状）、球形几何形状、圆柱形几何形状以及不规则的三维几何形状。在某些实施方式中，敞开式方块流筛网160可为含有织物或编织材料（诸如，纤维）的多孔垫。多个通道在纤维之间并在敞开式方块流筛网160的整个织物或编织材料中延伸。纤维可具有在约10μm至约300μm的范围内（诸如，从约10μm至约200μm）的直径或厚度。多个通道具有在从约5μm至约300μm的范围内（诸如，从约10μm至约250μm，从约10μm至约150μm或从约10μm至约100μm）的直径或孔隙度。在一个实例中，敞开式方块流筛网160包括具有在约10μm至约100μm的范围内的直径或孔隙度的通道。
在其它实施方式中，敞开式方块流筛网160的每个方块162可具有在约10μm至约500μm的范围内（诸如，从约10μm至约250μm，或从约10μm至约150μm，例如，从约10μm至约100μm）的宽度，在约10μm至约500μm范围内（诸如，从约10μm至约250μm，或从约10μm至约150μm，例如，从约10μm至约100μm）的长度，以及在约10μm至约500μm的范围内（诸如，从约10μm至约250μm，或从约10μm至约150μm，例如，从约10μm至约100μm）的高度。穿过方块的通道可具有在约5μm至约300μm的范围内（从约10μm至约250μm，诸如从约10μm至约150μm或从约10μm至约100μm）的直径或孔隙度。在某些实例中，每个方块162可为立方体的并具有约125μm的宽度、约125μm的长度及约125μm的高度。在其它实例中，每个方块162可为立方体的并具有约625μm的宽度、约625μm的长度及约625μm的高度。.
在本文所描述的实施方式中，敞开式方块流筛网160可含有电绝缘材料或由电绝缘材料组成，所述电绝缘材料诸如是聚合材料、共聚合材料或低聚材料。敞开式方块流筛网160可含有示例性材料或由示例性材料制成，所述示例性材料诸如是聚乙烯、聚丙烯、天然聚丙烯(NPP)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫(PPS)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氟化乙丙烯(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)，以及其它含氟聚合物、以上的衍生物或以上的组合物。在一个实例中，敞开式方块流筛网160含有聚丙烯或聚丙烯的衍生物。在某些实施方式中，敞开式方块流筛网160可含有对电解液为惰性的编织塑料材料（诸如，含有聚丙烯或聚丙烯的衍生物的的机织织物）。敞开式方块流筛网160在与电解液流平行的方向上可为稀疏的。
阳极半电池142在液流电池组***100的阳极侧140上并包括阳极（诸如，阳极144），所述阳极可与阳极电解液146流体及/或导电连通。阳极电解液146可为液态电解质（诸如，基于水的电解液）或固态电解质。在阳极电解液146为液态阳极电解液的实施方式中，阳极电解液146流入设置在阳极半电池142上的阳极电解液入口152、沿着阳极电解液路径153并从设置在阳极半电池142上的阳极电解液出口144流出。阳极电解液路径153在阳极半电池142内在阳极电解液入口152与阳极电解液出口154之间以及在阳极144与电解质膜110之间延伸。
在液流电池组电池102外部，在阳极电解液146为液态阳极电解液的实施方式中，阳极电解液146由导管156在阳极半电池142与阳极电解液源槽150之间循环。导管156在阳极电解液源槽150至阳极电解液入口152之间延伸并从阳极电解液出口154延伸至阳极电解液源槽150。一个或多个泵（诸如，泵158）可并入液流电池组***100内以有助于将阳极电解液146流至阳极半电池142及从阳极半电池142流出。在某些实例中，泵158可设置在阳极电解液源槽150与阳极电解液入口142之间并在阳极电解液源槽150与阳极电解液入口142之间由导管156连接所述泵158。在其它实例中，泵158可设置在阳极电解液源槽150与阳极电解液出口134之间并在阳极电解液源槽150与阳极电解液出口134之间由导管156连接所述泵158。因此，在一个特定实例中，阳极电解液146可通过以下方式在液流电池组***100的阳极侧140内循环：从阳极电解液源槽150流出、通过导管156、通过阳极电解液入口152、沿着阳极半电池142内的阳极电解液路径153、通过阳极电解液出口154、通过导管156并回到阳极电解液源槽150。
在某些实施方式中，阳极电解液146可为固态阳极电解液，因此如图1A所图示，阳极侧140的某些部分或元件可为可选或缺失的部分或所述部分的变型（诸如，阳极电解液入口152、阳极电解液出口154、阳极电解液源槽150、导管156及/或泵158）。固态阳极电解液246可具有在约0.2mm至约5mm的范围内（或从约0.5mm到约3mm，诸如，约1mm或约2mm）的厚度。
在某些实例中，阳极电解液146可为Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)电解液（诸如，铁/铁氰化物电解液）。阳极电解液146可最初地含有氰化亚铁化合物，所述氰化亚铁化合物在电池组或电池组的再充电(recharge)期间氧化成各别氰化铁化合物。可包含在阳极电解液146内的数个示例性氰化亚铁化合物包括亚铁***（诸如，铁氰化四钠十水合物(Na4Fe(CN)6·10H2O)，也称为黄血盐钠，可购自ScienceLab.com），以及黄血盐（诸如，铁氰化四钾十水合物(K4Fe(CN)6·10H2O)）。阳极电解液146一般含有氢氧化物且可在充电/放电循环期间将额外的氢氧化物溶液添加至阳极电解液146以维持所需的氢氧化物浓度。氢氧化物水溶液一般含有氢氧化钠、氢氧化钾或以上的混合物。
阳极144（诸如，氧化还原电极）可具有各种几何形状（诸如，扁平的平面阳极、平面阳极、板形阳极、圆柱形阳极或类似物）。阳极144可为固态的，或可具有高表面积配置（诸如，为多孔的、膨胀的或泡沫状的）。通常情况下，阳极144含有镍、铁、铬、钢、不锈钢、石墨、以上的合金、以上的衍生物或以上的组合物。阳极144可电镀或涂布有另一材料或金属，所述阳极144诸如涂布或电镀有镍或镍合金的石墨阳极。在一个实例中，阳极144为平面电极并含有不锈钢。在另一实例中，阳极144为多孔的、泡沫状的或膨胀的并含有镍或镍合金（诸如，泡沫镍、膨胀的镍、穿孔的镍、镍线或编织的镍线）。在另一实例中，阳极144含有石墨（诸如，多孔石墨、泡沫石墨、镀镍的泡沫石墨、石墨毡、镀镍的石墨毡，或以上的衍生物）。在某些实施方式中，阳极144可具有在约5cm至约300cm的范围内（诸如，从约10cm至约50cm，诸如，从约20cm至约30cm）的长度，并可具有在约5cm至约300cm的范围内（诸如，从约10cm至约50cm，诸如，从约20cm至约30cm）的高度。另外，阳极144可具有在约0.5mm至约5mm的范围内（诸如，从约1mm至约3mm）的厚度。
电解质膜110设置在阴极半电池122与阳极半电池142之间并与阴极电解液126和阳极电解液146两者接触。电解质膜110可为分隔阴极电解液126与阳极电解液146的交换膜、分离片或类似物。在许多实施方式中，电解质膜110为离子交换膜（诸如，阳离子交换膜），所述离子交换膜对迁移通过阳极电解液146与阴极电解液126之间的电解质膜110的某些阳离子（例如，Na+或K+）为半透性的。电解质膜110可含有以下材料或由以下材料制成：离子型树脂及/或聚合的、共聚合的或低聚的材料（诸如，聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、以上的衍生物或以上的组合物）。一般而言，电解质膜110为耐用的并具有高离子导电率和化学稳定性。在一个实例中，电解质膜110含有聚四氟乙烯(PTFE)的聚合主链，所述电解质膜110诸如可购自DuPont（杜邦）的
Figure BDA00002852382100121
112、115、117和424膜。在另一实例中，电解质膜110含有四氟乙烯和1,2-亚乙烯基单体的共聚合物，所述电解质膜110诸如可购自Dow Chemical Company（陶氏化学公司）的
Figure BDA00002852382100122
膜。电解质膜110可具有在约0.005mm至约0.5mm的范围内的厚度。在某些实例中，电解质膜110可具有约0.015mm的厚度。在替代性实施方式中，电解质膜110可为由聚合材料和沉淀的二氧化硅形成的分离片（诸如，有罗纹的分离片），以使内部结构为非常多孔的、弯曲的及亲水的（例如，亲水的多孔塑料分离片），可购自AMER-SIL公司。
如图1A所图示，阴极接触172电接触平面阴极124且阳极接触174电接触阳极144。阴极接触172可设置在液流电池组电池102上并在阴极半电池122的内部与外部之间延伸。类似地，阳极接触174可设置在液流电池组电池102上并在阳极半电池142的内部与外部之间延伸。
阴极接触172及阳极接触174可耦接或电接触液流电池组电池102以在使用时从液流电池组电池102放电或去除存储的电力，或者用于充电或存储电力至液流电池组***100。每个液流电池组电池102可与阴极接触172及阳极接触174电连接（例如，并联或串联），以形成用于液流电池组***100的所需电路。在一个实例中，多个液流电池组电池102可串联电连接以具有用于液流电池组***100的恒定电流强度及增加的电压。或者，多个液流电池组电池102可并联电连接以具有用于液流电池组***100的恒定电压及增加的电流强度。
敞开式方块流筛网160引起阴极电解液126的液流分离，从而在电镀金属时周期性地干扰平面阴极124上的扩散层，与电镀金属至无敞开式方块流筛网160的传统平面电极的工艺相比，这使平面阴极124上的金属电镀更加均匀。电流密度具有小得多的根据敞开式方块流筛网160的方块162及通道164的规模重复的不均匀性（例如，约15%至约30%），而不是平面阴极124上的电镀速率的连续下降。较小且不均匀的电流密度起因于阴极电解液126的更佳混合，且因此允许以相对于无敞开式方块流筛网160的平面阴极124为更高的电流密度充电/放电。
阴极电解液126在充电/放电循环的不同时间周期中可具有顺流（如图1A的箭头所图示）或可具有逆流。阴极电解液126的流体速度可在约1cm/sec（厘米/秒）至约25cm/sec的范围内，诸如，从约2cm/sec至约15cm/sec，例如，约5cm/sec或约10cm/sec。阳极电解液146在充电/放电循环的不同时间周期中可具有顺流（如图1A的箭头所图示）或可具有逆流。阳极电解液146的流体速度可在约1cm/sec至约25cm/sec的范围内，诸如，从约2cm/sec至约15cm/sec，例如，约5cm/sec或约10cm/sec。与敞开式方块流筛网160结合的平面阴极124可具有在约1mA/cm2（毫安每平方厘米）至约75mA/cm2的范围内（诸如，从约5mA/cm2至约50mA/cm2，例如，约10mA/cm2、约20mA/cm2或40mA/cm2）的局部电流密度。
图2A至图2I图示在本文的多个实施方式中所描述包括液流电池组电池202的液流电池组***200，所述液流电池组电池202具有由电解质膜210隔开的阴极半电池222和阳极半电池242。阴极半电池222在液流电池组***200的阴极侧220上并具有阴极，所述阴极包括延伸通过阴极电解液路径233中的阴极电解液226并与阴极电解液226流体连通的多条阴极线228。多条阴极线228垂直或实质上垂直于阴极电解液路径233而延伸且阴极线228中的每一条阴极线228彼此平行或实质上彼此平行地延伸。
在图2A至图2I所图示并由本文实施方式所描述的液流电池组***200提供多条阴极线228，所述阴极线228与传统的平面电极相比大体产生更均匀的金属电镀。垂直于或实质上垂直于电解液(例如，阴极电解液226)的流道放置阴极线228，这为液流电池组电池202提供许多性能改善。液流电池组***200在使线上的电流密度保持合理（例如，极限电流的低分数）的同时大体具有较高的电池电流密度，此较高的电池电流密度又导致相对于传统电池组的较高电池组充电速率。相对于传统的液流电池组，包括阴极线228的液流电池组***200一般具有导致给定电流密度处较长放电时间的较大金属存储容量。与传统的平面电极相比，各个电极（诸如，阴极线228）阵列的顺序电镀有助于实现对液流电池组***200的较长放电时间，以及提供原位电极维护以避免电极修复的停工时间。例如，在电池组放电期间从一个阴极线阵列228除镀金属时，另一阴极线阵列228可具有小涓流放电以确保完全或实质上完全地去除电镀的金属。与传统的平面电极相比，阴极线228在许多充电/放电循环期间大体提供为更均匀的且产生良好效能的电镀与除镀。阴极线228产生大表面积，在所述大表面积中含有相对较小体积的金属。与传统的平面电极相比，大表面积的阴极线228大体提供较低的电池电压降和较高的电池效率。在某些实例中，阴极线228的表面含有镉（诸如，实心镉线、镉涂布的钢线或类似物），且阴极电解液226含有金属离子（例如，锌离子），在液流电池组电池202或液流电池组***200的充电周期期间用电化学方法还原金属离子并将金属离子电镀至阴极线228上成为金属薄膜（例如，金属锌）。
在一个实施方式中，图2A至图2B图示在阴极电解液路径233内包括单个阴极线行228的阴极半电池222。单个阴极线行228沿着阴极电解液路径233延伸，而每个个别阴极线228垂直或实质上垂直于阴极电解液路径233延伸。阴极电解液226流动通过阴极半电池222并沿着阴极电解液路径233，同时暴露于阴极线228。阴极线228在充电周期期间在电镀阴极线228的表面时用电化学方法还原来自阴极电解液的金属离子，并在放电循环期间用电化学方法氧化来自阴极线228的表面的电镀金属以形成扩散回阴极电解液226中的金属离子。阴极电解液路径233在设置于阴极半电池222的相对侧上的阴极电解液入口232与阴极电解液出口234之间延伸。
阴极线228的每条阴极线228可独立地具有各种几何形状或形状（诸如，圆柱形、矩形、椭圆形、以上的变型，以及其它几何形状）。阴极线228可为圆柱形线或具有至少一个边的线（诸如，矩形线或方形线）。阴极线228可为实心线、空心线或管、带(ribbon)、杆(rod)、条(bar)、条带(strip)，或以上的变型。阴极线的每条阴极线（包括阴极线228、228a或228b）可独立地含有金属（诸如，镉、铁、钢、不锈钢、镍、铬、银、金、铂、钯、以上的电镀或涂层、以上的合金、以上的衍生物，或以上的组合物）。在某些实例中，阴极线的每条阴极线含有镉或镉合金。每条阴极线可为实心镉线、实心镉合金线、镀镉的金属线（诸如，电镀有或涂布有镉或镉合金的钢或不锈钢线）。在一个实例中，阴极线为含有镉或镉合金的实心线。
阴极线228在阴极线228的行内彼此大体间隔一段预定距离。在某些实施方式中，预定距离可等于或实质上等于个别阴极线228的周长。阴极线228之间的预定距离或间距为电镀在每条阴极线228周围生长提供充足的空间，并为维持良好的质量传递及避免金属累积引起线接触留出空间。阴极线228之间的预定距离或间距为形成在一条阴极线228后面的尾流（wake）提供充足的时间以充分地“愈合”，使得下一条下游阴极线228仍从阴极电解液226接收充分的质量传递。尾流为在阴极电解液226内具有降低梯度浓度的一个或多个组件（诸如，金属离子）的阴极电解液226的部分或体积。然而，在尾流向下游流动时，阴极电解液226内剩余的金属离子扩散在整个阴极电解液226中，以在暴露下一条下游阴极线228时减少或去除尾流。因此，阴极线228之间的预定距离或间距为一个区域中充分的或较高浓度的组件扩散通过阴极电解液226至具有不足或较低浓度的组件的区域提供充足时间。
在本文描述的另一实施方式中，行内所有阴极线228的总表面积可等于或实质上等于其它液流电池组中存在的更传统的平面电极的表面积。因此，可通过添加个别阴极线228至阴极半电池222或从阴极半电池222去除个别阴极线228来调整在充电周期期间可用于金属电镀的表面积。类似地，如果单个阴极线行228的表面积已经标准化并等于传统的平面电极的表面积，那么每个额外的阴极线行228可被包括在阴极半电池222内，以提供等于相同数目的传统平面电极的电镀。在阴极半电池222内添加阴极线228为对沉积的金属薄膜品质的更佳控制以及为更大的金属存储或能量存储提供额外表面积。
图2B图示与阴极线228的每条阴极线228耦接并电接触的接触条229。一个接触条229图示于图2B中，然而，众多接触条可用来个别地控制每条阴极线228或阴极线228阵列。接触条229可设置在阴极半电池222内部或外部，或阴极半电池222的围壁或表面的任一围壁或表面（诸如，阴极半电池222的底部部分212、顶部部分214及/或侧216）内。在某些实施方式中，如图2B所图示，接触条229可设置在阴极半电池222的顶部部分214内。在其它实施方式中，接触条229可设置在阴极半电池222的围壁或表面的外部。例如，如图2D或图2F所图示，接触条229或接触条229的接点可伸出通过阴极半电池222的底部部分212、顶部部分214及/或侧216，以与阴极线228的每条阴极线228实体耦接或电耦合。或者，阴极线228的每条阴极线228可伸出通过阴极半电池222的底部部分212、顶部部分214及/或侧216，以与接触条229实体耦接或电耦合。接触条229含有导电材料（诸如，金属）。接触条229可为线、板、条、带或类似的接触/导电表面。接触条229可含有铁、钢、不锈钢、铜、镍、铬、银、金、铝、镉、铂、钯、以上的电镀、以上的合金、以上的衍生物或以上的组合物。在某些实施方式中，接触条229也可与阴极接触262电接触。
在一个实施方式中，接触条229可为与用作阴极线228相同的线。可通过在阴极电解液路径233之间并通过阴极半电池222的底部部分212和顶部部分214编织线来将线并入阴极半电池222。在某些实例中，线可为实心镉线、实心镉合金线、镀镉的金属线（诸如，电镀有或涂布有镉或镉合金的钢或不锈钢线）。
如本文的其它实施方式所描述，图2C至图2F图示包括两个阴极线行228a和228b的阴极半电池222。图2C至图2D图示在阴极电解液路径233内暴露于阴极电解液的两个错开的阴极线行228a和228b。阴极线行228a和228b两者沿着阴极电解液路径233延伸，而每条个别阴极线228垂直或实质上垂直于阴极电解液路径233延伸。如图2D所图示，最靠近电解质膜210的行内的每条阴极线228a与接触条229a耦接，而离电解质膜210最远的行中的每条阴极线228b与接触条229b耦接。因此，每个阴极线行228a和228b可经由接触条229a和229b独立地电连接阴极接触262或从阴极接触262电断开。电连接至阴极接触262的阴极线228a和228b称为“通电的”阴极线，而与阴极接触262电断开的阴极线228a和228b称为“不通电的”阴极线。此外，每个阴极线行228a和228b可同时地或顺序地电连接阴极接触262或从阴极接触262电断开。
控制器及/或开关集合（未图示）可耦接在阴极接触262与接触条229a和229b的每一个之间并与阴极接触262与接触条229a和229b的每一个电连通。控制器及/或开关集合可用来通过电连接/电断开接触条229a和229b的每一个（因此每个阴极线行228a和228b）至阴极接触262而独立地控制。在某些配置中，控制器及/或开关集合可用来独立地充电及/或放电每个阴极线行228a和228b。一旦与阴极接触262电接触，两个行内的阴极线228a和228b为能够在充电/放电循环期间被电镀/除镀的通电阴极线。
例如，如图2E至图2F所图示，来自第一电极阵列、阴极线228b的金属在液流电池组电池202的放电期间除镀，而第二电极阵列、阴极线228a从阴极接触262电断开。最初地，阴极线228b为电连接至阴极接触262的通电阴极线，而阴极线228a为不通电的阴极线。由液流电池组电池202产生的电力最终降为低效的涓流充电，致使产生的电力低于所需电池组性能的预定最小阈值。电力的这种减小与阴极线228b的总表面积的减小成比例，所述减小两者均由除镀来自阴极线228b的金属所引起。因此，使含有全金属电镀的第二电极阵列、阴极线228a通电或由接触条229a电连接至阴极接触262。可使第一电极阵列、阴极线228b维持通电或由接触条229b维持电连接至阴极接触262直到实质上或完全地除镀金属。或者，阴极线228b可为不通电的或从阴极接触262电断开。
虽然图2E至图2F将阴极线228a图示为最初地通电的阴极线并将阴极线228b图示为最初地不通电的阴极线，但是在其它实施方式中，可按相反次序执行液流电池组电池202或液流电池组***200的充电/放电循环。因此，第一电极阵列可为最初为通电的并在液流电池组电池202的放电期间除镀金属的阴极线228a，而为第二电极阵列的阴极线228b保持不通电或自阴极接触262电断开。一旦液流电池组电池202产生低于预定的最小阈值的电力，就使阴极线228b通电或由接触条229b处于电接触阴极接触262中。可使阴极线228a维持通电以保持由接触条229a电接触阴极接触262，以除镀阴极线228a上剩余的金属。在替代性实施方式中，两个阴极线行228a及228b在液流电池组电池202或液流电池组***200的充电/放电循环期间可为同时通电的阴极线。
在另一实施方式中，如本文的其它实施方式所描述，图2G至图2I图示包括四个阴极线行228（诸如，两个阴极线行228a和两个阴极线行228b）的阴极半电池222。图2G图示在阴极电解液路径233内暴露于阴极电解液的四个错开的阴极线行228。四个阴极线行228沿着阴极电解液路径233延伸，而每条个别阴极线228垂直或实质上垂直于阴极电解液路径233延伸。四个阴极线行228的每一行与类似于接触条229a或229b的独立接触条（未图示）独立耦接并电接触。
因此，每个阴极线行228可经由接触条独立地电连接（通电的）阴极接触262或自阴极接触262电断开（不通电的）。控制器及/或开关集合（未图示）可耦接在接触条的每一个与阴极接触262之间并与接触条的每一个与阴极接触262电连通。控制器及/或开关集合可用来通过电连接/电断开接触条的每一个（且因此每个阴极线行228）至阴极接触262而独立地控制。在某些配置中，控制器及/或开关集合可用来独立地控制每个阴极线行228的充电及/或放电。一旦处于与阴极接触262的电接触中，所有四个行内的阴极线228能够在充电/放电循环期间被电镀/除镀。
图2H至图2I图示包括最靠近电解质膜210的两个错开的阴极线行228a的第一电极阵列，以及包括离电解质膜210最远的两个错开的阴极线行228b的第二电极阵列。图2H将第一阵列中的两个阴极线行228b图示为液流电池组电池202的放电期间的除镀，而第二阵列中的两个阴极线行228a保持自阴极接触262电断开。或者，图2I将第一阵列中的两个阴极线行228a图示为液流电池组电池202的放电期间的除镀，而第二阵列中的两个阴极线行228b保持自阴极接触262电断开。在所述任一情况下，如上文所描述，一旦液流电池组电池202产生低于预定的最小阈值的功率，由接触条将两个充电电极行阴极线228b（图2H）或阴极线228a（图2I）置于与阴极接触262的电接触中。
在本文所描述的实施方式的许多实施方式中，通过使多个阴极线行228同时通电从而降低每条阴极线228上电镀金属的局部电镀电流密度来使液流电池组电池202以高的总电流密度工作。液流电池组电池202的总电流密度为膜上的总电流密度。阴极线228的局部电镀电流密度为单个阴极线行228的电流密度。多条阴极线228的局部电镀电流密度根据阴极线228的数量以及阴极线228的直径而变化。在一个实施方式中，阴极半电池222具有单个阴极线行228（图2A至图2B），所述阴极线行228可产生在约1mA/cm2至约40mA/cm2的范围内（诸如，从约5mA/cm2至约30mA/cm2，例如，约20mA/cm2）等于一个阴极线行228的局部电镀电流密度的总电流密度。在另一实例中，阴极半电池222具有两个阴极线行228（图2C至图2F），所述阴极线行228可产生在约5mA/cm2至约60mA/cm2的范围内（诸如，从约10mA/cm2至约50mA/cm2，例如，约40mA/cm2）的总电流密度。在另一实例中，阴极半电池222具有四个阴极线行228（图2G至图2I），所述阴极线行228可产生在约10mA/cm2至约120mA/cm2的范围内（诸如，从约20mA/cm2至约100mA/cm2，例如，约80mA/cm2）的总电流密度。
在本文所描述的实施方式中，液流电池组***200及液流电池组电池202使用阴极半电池222内的至少一个阴极线行228且通常使用多个所述阴极线行228。降低成本和尺寸是阴极线228提供的许多优点之一。从成本角度看，大体有益于使液流电池组内的某些组件特别是较高成本的组件的表面积尽可能的小。这些高成本组件中的某些组件包括可用作阳极244的氧化还原电极（例如，泡沫镍）以及可用作电解质膜210的膜。通过使多个阴极线行228同时通电来使液流电池组电池202以高的总电流密度工作，其中每个阴极线行228含有相对于提供的局部电镀电流密度为小体积的金属。
例如，如果电镀速率设置为约40mA/cm2，那么液流电池组内传统的平面阴极可具有阴极上约40mA/cm2的局部电镀电流密度，因此通过膜的总电流密度也为约40mA/cm2。然而，在本文描述的一个实例中，液流电池组***200可具有两个阴极线行228，以使每个阴极线行228具有与传统的平面电极相同的表面积。可以约40mA/cm2的相同速率同时电镀具有两倍表面积的两个阴极线行228，以产生约80mA/cm2的（例如，电解质膜210上的）总电流密度。因此，在此实例中，液流电池组***200可包括半数的液流电池组电池202，以产生与来自包括传统平面阴极的常规液流电池组的电力相同的电力。常规的液流电池组可能需要具有包括传统平面阴极的电池组电池的两个电池组电池，以提供约80mA/cm2的电流密度。然而，在此实例中，液流电池组***200可能在提供约80mA/cm2的总电流密度时仅包括一个液流电池组电池202。因此，液流电池组***200仅使用电解质膜面积及氧化还原电极表面积以及其它昂贵组件的一半就可提供与包括传统平面阴极的常规液流电池组相当的电力。
在许多实施方式中，阴极线228的每条阴极线228可具有与液流电池组电池202的高度相等或实质上相等的长度。阴极线228的每条阴极线228可独立地具有在约5cm至约300cm的范围内的长度。在某些实例中，阴极线228的每条阴极线228可独立地具有在约10cm至约50cm的范围内（诸如，从约20cm至约30cm）的长度。在其它实例中，阴极线228的每条阴极线228可独立地具有在约20cm至约200cm的范围内（或从约50cm至约100cm）的长度。阴极线可具有在约0.001英寸至约0.1英寸的范围内（诸如，从约0.005英寸至约0.05英寸，或诸如，从约0.01英寸至约0.04英寸，或诸如，从约0.02英寸至约0.03英寸，例如，约0.012英寸、0.024英寸或0.036英寸）的直径。
在另一实施方式中，液流电池组电池202配置为由于阴极半电池222的尺寸的缘故而改善金属电镀均匀性，此改善为阴极电解液226沿阴极电解液路径233的给定体积流体速度提供增加的速度。在许多配置中，阴极半电池222可具有大于沿阴极电解液路径233的高度的长度和大于沿阴极电解液路径233的宽度的高度。此增加的体积流动速率又提供跨越阴极电解液路径233的长度的化学体积水平的最小耗尽。阴极电解液226的浓度在将金属电镀在阴极线228上时实质上保持恒定值。因此，液流电池组电池202沿阴极电解液路径233的流向具有比宽度长的的长度，此情况产生给定体积流动速率的最高流体速度。阴极半电池222跨越阴极电解液路径233（例如，垂直于长度和高度）的宽度可在约1mm至约20mm的范围内，诸如，从约5mm至约15mm，例如，约10mm。阴极半电池222沿阴极电解液路径233（例如，在阴极电解液入口232与阴极电解液出口234之间）的长度可在约5cm至约300cm的范围内，诸如，从约20cm至约200cm，诸如，从约50cm至约100cm。阴极半电池222沿着阴极电解液路径233（例如，在底部部分212与顶部部分214之间）的高度可在约5cm至约300cm的范围内，诸如，从约20cm至约200cm，诸如，从约50cm至约100cm。在一个实例中，阴极半电池222可具有约200cm的长度、约10cm的高度和约10mm的宽度。在另一实例中，阴极半电池222可具有约100cm的长度、约20cm的高度和约10mm的宽度。
在大多数实施方式中，阴极电解液226为液态电解质（诸如，基于水的电解液）。在某些实例中，阴极电解液226可为锌电解液。在一个实例中，锌/亚铁氰化物电池组的阴极电解液为碱性的。阴极电解液可含有在约1N至约7N的范围内（诸如，从约2N至约5N）的氢氧化物浓度。氢氧化物可为氢氧化钠或氢氧化钾并可用锌酸盐使氢氧化物饱和。在某些实例中，阴极电解液226可处于饱和或过饱和状态，以使锌酸盐在镀液中沉淀形成固态悬浮液。
在液流电池组电池202外部，阴极电解液226在阴极半电池222与阴极电解液源槽230之间由导管236循环。导管236在阴极电解液源槽230至阴极电解液入口232之间延伸并从阴极电解液出口234延伸至阴极电解液源槽230。一个或多个泵（诸如，泵238）可并入液流电池组***200内以有助于阴极电解液226流至阴极半电池222并从阴极半电池222流出。在某些实例中，泵238可设置在阴极电解液源槽230与阴极电解液入口232之间并在阴极电解液源槽230与阴极电解液入口232之间由导管236连接泵238。在其它实例中，泵238可设置在阴极电解液源槽230与阴极电解液出口234之间并在阴极电解液源槽230与阴极电解液出口234之间由导管236连接所述泵238。因此，在一个特定实例中，阴极电解液226可通过以下方式在液流电池组***200的阴极侧220内循环：从阴极电解液源槽230流出、通过导管236、通过阴极电解液入口232、沿着阴极半电池222内的阴极电解液路径233并围绕阴极线228、通过阴极电解液出口234、通过导管236，并回到阴极电解液源槽230。阴极电解液226在充电/放电循环的不同时间周期期间可具有顺流（如图2A、图2C、图2E及图2G至图2I的箭头所图示）或可具有逆流。阴极电解液226的流体速度可在约1cm/sec（厘米/秒）至约25cm/sec的范围内，诸如，从约2cm/sec至约15cm/sec，例如，约5cm/sec或约10cm/sec。
阳极半电池242在液流电池组***200的阳极侧240上并包括阳极244，所述阳极244可与阳极电解液246流体及/或导电连通。阳极电解液246可为液态电解质（诸如，基于水的电解液）或固态电解质。在阳极电解液246为液态阳极电解液的实施方式中，阳极电解液246流入设置在阳极半电池242上的阳极电解液入口252、沿着阳极电解液路径253并从设置在阳极半电池242上的阳极电解液出口244流出。阳极电解液路径253在阳极电解液入口252与阳极电解液出口254之间以及在阳极半电池242内的阳极244与电解质膜210之间延伸。
在液流电池组电池202外侧，在阳极电解液246为液态阳极电解液的实施方式中，阳极电解液246由导管256在阳极半电池242与阳极电解液源槽250之间循环。导管256在阳极电解液源槽250至阳极电解液入口252之间延伸并从阳极电解液出口254延伸至阳极电解液源槽250。一个或多个泵（诸如，泵258）可并入液流电池组***200内以有助于将阳极电解液246流至阳极半电池242并从阳极半电池242流出。在某些实例中，泵258可设置在阳极电解液源槽250与阳极电解液入口242之间并在阳极电解液源槽250与阳极电解液入口242之间由导管256连接所述泵258。在其它实例中，泵258可设置在阳极电解液源槽250与阳极电解液出口234之间并在阳极电解液源槽250与阳极电解液出口234之间由导管256连接所述泵258。因此，在一个特定实例中，阳极电解液246可通过以下方式在液流电池组***200的阳极侧240内循环：从阳极电解液源槽250流出、通过导管256、通过阳极电解液入口252、沿着阳极半电池242内的阳极电解液路径253、通过阳极电解液出口154、通过导管256并回到阳极电解液源槽250。阳极电解液246在充电/放电循环的不同时间周期期间可具有顺流（如图2A、图2C、图2E及图2G至图2I的箭头所图示）或可具有逆流。阳极电解液246的流体速度可在约1cm/sec（厘米/秒）至约25cm/sec的范围内，诸如，从约2cm/sec至约15cm/sec，例如，约5cm/sec或约10cm/sec。
在某些实施方式中，阳极电解液246可为固态阳极电解液，因此如图1A所图示，阳极侧240的某些部分或元件可为可选或缺失的部分或所述部分的变型（诸如，阳极电解液入口252、阳极电解液出口254、阳极电解液源槽250、导管256及/或泵258）。固态阳极电解液246可具有在约0.2mm至约5mm的范围内（或从约0.5mm到约3mm，诸如，约1mm或约2mm）的厚度。
在某些实例中，阳极电解液246可为Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)电解液（诸如，铁/铁氰化物电解液）。阳极电解液246可最初地含有氰化亚铁化合物，所述氰化亚铁化合物在电池组或电池的再充电期间氧化成各别氰化铁化合物。可包含在阳极电解液246内的数个示例性氰化亚铁化合物包括亚铁***（诸如，铁氰化四钠十水合物(Na4Fe(CN)6·10H2O)，也称为黄血盐钠，可购自ScienceLab.com），以及黄血盐（诸如，铁氰化四钾十水合物(K4Fe(CN)6·10H2O)）。阳极电解液246一般含有氢氧化物且可在充电/放电循环期间将额外的氢氧化物溶液添加至阳极电解液246以维持所需的氢氧化物浓度。氢氧化物水溶液一般含有氢氧化钠、氢氧化钾或以上的混合物。
阳极244（诸如，氧化还原电极）可具有各种几何形状（诸如，扁平的平面阳极、平面阳极、板形阳极、圆柱形阳极或类似物）。阳极244可为固态的，或可具有高表面积配置（诸如，为多孔的、膨胀的或泡沫状的）。通常情况下，阳极244含有镍、铁、铬、钢、不锈钢、石墨、以上的合金、以上的衍生物或以上的组合物。阳极244可电镀或涂布有另一材料或金属，所述阳极244诸如涂布或电镀有镍或镍合金的石墨阳极。在一个实例中，阳极244为平面电极并含有不锈钢。在另一实例中，阳极244为多孔的、泡沫状的或膨胀的并含有镍或镍合金（诸如，泡沫镍、膨胀的镍、穿孔的镍、镍线或编织的镍线）。在另一实例中，阳极244含有石墨（诸如，多孔石墨、泡沫石墨、镀镍的泡沫石墨、石墨毡、镀镍的石墨毡或以上的衍生物）。在某些实施方式中，阳极244可具有在约5cm至约300cm的范围内（诸如，从约10cm至约50cm，诸如，从约20cm至约30cm）的长度，并可具有在约5cm至约300cm的范围内（诸如，从约10cm至约50cm，诸如，从约20cm至约30cm）的高度。另外，阳极244可具有在约0.5mm至约5mm的范围内（诸如，从约1mm至约3mm）的厚度。
电解质膜210设置在阴极半电池222与阳极半电池242之间并与阴极电解液226和阳极电解液246两者接触。电解质膜210可为分隔阴极电解液226与阳极电解液246的交换膜、分离片或类似物。在许多实施方式中，电解质膜210为离子交换膜（诸如，阳离子交换膜），所述离子交换膜对迁移通过阳极电解液246与阴极电解液226之间的电解质膜210的某些阳离子（例如，Na+或K+）为半透性的。电解质膜210可含有以下材料或由以下材料制成：离子型树脂及/或聚合的材料、共聚合的材料或低聚的材料（诸如，聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、以上的衍生物或以上的组合物）。一般而言，电解质膜210为耐用的并具有高离子导电率和化学稳定性。在一个实例中，电解质膜210含有PTFE的聚合主链，所述电解质膜210诸如可购自DuPont（杜邦）的
Figure BDA00002852382100241
112、115、117和424膜。在另一实例中，电解质膜210含有四氟乙烯和1,2-亚乙烯基单体的共聚合物，所述电解质膜210诸如可购自Dow Chemical Company（陶氏化学公司）的
Figure BDA00002852382100242
膜。电解质膜210可具有在约0.005mm至约0.5mm的范围内的厚度。在某些实例中，电解质膜210可具有约0.015mm的厚度。在替代性实施方式中，电解质膜110可为由聚合材料和沉淀的二氧化硅形成的分离片（诸如，有罗纹的分离片），以使内部结构为非常多孔的、弯曲的及亲水的（例如，亲水的多孔塑料分离片），所述电解质膜110可购自AMER-SIL公司。
阴极接触262和阳极接触264可耦接并电接触液流电池组电池202以在使用时从液流电池组电池202放电或去除存储的电力，或者用于充电或存储电力至液流电池组***200。每个液流电池组电池202可由阴极接触262和阳极接触264电连接（例如，并联或串联），以形成用于液流电池组***200的所需电路。在一个实例中，多个液流电池组电池202可串联电连接，以具有用于液流电池组***200的恒定电流强度及增加的电压。或者，多个液流电池组电池202可并联电连接，以具有用于液流电池组***200的恒定电压及增加的电流强度。
图示仅具有一个液流电池组电池202的液流电池组***200，然而，液流电池组***200往往包括类似于液流电池组电池202的多个单电池。可基于每个液流电池组电池202的总容量与整个液流电池组***200的相对总所需能量容量确定液流电池组电池202的具体量。可将多个液流电池组电池202连接在一起用于存储所需的总能量容量。
图3A至图3F图示可并入液流电池组***（诸如，在本文的实施方式中描述的液流电池组***100、200、400和600）的液流电池组电池300。液流电池组电池300包括由电解质膜344隔开的阴极半电池308和阳极半电池348。电解质膜344设置在膜支撑架340与膜支撑架342之间并维持阴极电解液和阳极电解液彼此隔开。
阴极半电池308包括电极板保持架310，所述电极板保持架310与螺钉板架330耦接，所述螺钉板架330与膜支撑架340耦接。阴极322与阴极支撑板320耦接，所述阴极322与阴极支撑板320两者均设置在电极板保持架310与螺钉板架330之间。阴极支撑板320含有电绝缘材料（诸如，聚合材料或低聚材料）或由电绝缘材料（诸如，聚合材料或低聚材料）制成。阴极半电池308可具有一个、两个或两个以上的阴极电解液入口332并可具有一个、两个或两个以上的阴极电解液出口334。阴极电解液入口332与阴极电解液出口334耦接至膜支撑架340并与延伸通过形成在阴极半电池308内的腔室的阴极电解液路径流体连通。阴极电解液在暴露阴极322时沿着阴极电解液路径从阴极电解液入口332流至阴极电解液出口334。温度计382耦接并穿过膜支撑架340并与流动通过阴极半电池308内的阴极电解液路径的阴极电解液实体及/或热接触。阴极半电池308视情况包括暴露于阴极电解液的阴极电解液参考电极386（诸如，***电极）。
在一个实施方式中，阴极322可为含有诸如石墨或金属（诸如，镍、铁、铬、不锈钢、锌、镉、铅、汞、以上的合金或以上的组合）材料的板形阴极、平面阴极或扁平阴极。在其它实施方式中，在本文的实施方式中描述的各个阴极可用作阴极322（诸如，与敞开式方块流筛网160结合的平面阴极124、阴极线228、阴极线组件500、开槽阴极片660或以上的变型）。
阳极半电池348包括与螺钉板架370耦接的电极板保持架350，所述螺钉板架370与膜支撑架342耦接。阳极362与阳极支撑板360耦接，所述阳极362与阳极支撑板360两者均设置在电极板保持架350与螺钉板架370之间。阳极支撑板360含有电绝缘材料（诸如，聚合材料或低聚材料）或由电绝缘材料（诸如，聚合材料或低聚材料）制成。
阳极半电池348可具有一个、两个或两个以上的阳极电解液入口352并可具有一个、两个或两个以上的阳极电解液出口354。阳极电解液入口352与阳极电解液出口354耦接至膜支撑架342并与延伸通过形成在阳极半电池348内的腔室的阳极电解液路径流体连通。阳极电解液在暴露阳极362时沿着阴极电解液路径从阳极电解液入口352流至阳极电解液出口354。温度计382耦接并穿过膜支撑架342并与流动通过阳极半电池348内的阳极电解液路径的阳极电解液实体及/或热接触。阳极半电池348视情况包括暴露于阳极电解液的阳极电解液参考电极384（诸如，***电极）。
阳极362（诸如，氧化还原电极）可具有各种几何形状（诸如，扁平的平面阳极、平面阳极、板形阳极、圆柱形阳极或类似物）。阳极362可为固态的，或可具有高表面积配置（诸如，为多孔的、膨胀的或泡沫状的）。通常情况下，阳极362含有镍、铁、铬、钢、不锈钢、石墨、以上的合金、以上的衍生物或以上的组合物。阳极362可电镀或涂布有另一材料或金属，诸如涂布或电镀有镍或镍合金的石墨阳极。在一个实例中，阳极362为平面电极并含有不锈钢。在另一实例中，阳极362为多孔的、泡沫状的或膨胀的并含有镍或镍合金（诸如，泡沫镍、膨胀的镍、穿孔的镍、镍线或编织的镍线）。在另一实例中，阳极362含有石墨（诸如，多孔石墨、泡沫石墨、镀镍的泡沫石墨、石墨毡、镀镍的石墨毡或以上的衍生物）。在某些实施方式中，阳极362可具有在约5cm至约300cm的范围内（诸如，从约10cm至约50cm，诸如，从约20cm至约30cm）的长度，并可具有在约5cm至约300cm的范围内（诸如，从约10cm至约50cm，诸如，从约20cm至约30cm）的高度。另外，阳极362可具有在约0.5mm至约5mm的范围内（诸如，从约1mm至约3mm）的厚度。
阴极接触372与阴极332电接触且阳极接触374与阳极362电接触。在某些实施方式中，阴极接触372可直接附接于阴极332且阳极接触374可直接附接于阳极362。或者，控制器、开关、电接触及/或其它电路***可耦接阴极接触372与阴极332及/或在阴极接触372与阴极332之间或可与阳极接触374与阳极362耦接及/或在阳极接触374与阳极362之间。在某些实例中，阴极接触372可穿过阴极支撑板320中间的开口并与阴极332实体接触及电接触。类似地，阳极接触374可穿过阳极支撑板360中间的开口并与阳极322实体接触及电接触。
在替代性实施方式中，双极板（未图示）可取代阴极接触372与阳极接触374两者并设置在每个液流电池组电池300的任何外表面上。每个双极板包括在阴极半电池308的内部与外部之间延伸并与阴极半电池308电接触的阴极接触，且还包括在阳极半电池348的内部与外部之间延伸并与阳极半电池348电接触的阳极接触。双极板在层叠或放置多个液流电池组电池300以形成液流电池组***时可提供替代性配置。
图3A至图3D图示附接于阴极支撑板320和阳极支撑板360的把手。把手312可在众多位置处附接于液流电池组电池300，其中可层叠或有效放置多个液流电池组电池300而不受把手312阻碍。视情况，可在放置液流电池组电池300之后移除把手312或从液流电池组电池300简单地排除把手312。
图4图示另一实施方式所描述包括多个液流电池组电池402的液流电池组***400。虽然液流电池组***400图示有10个液流电池组电池，但是取决于所需的电力存储容量，液流电池组***400可包括单个液流电池组电池402或可包括任何数目的液流电池组电池402。可基于每个液流电池组电池402的总容量与整个液流电池组***400的相对总所需能量容量确定液流电池组电池402的特定数目。在许多实施方式中，液流电池组***400包括2或更多个（诸如3、4、6、8、10、12、20、24、30、40、50、80、100或更多个液流电池组电池402）液流电池组电池402。
在其它实施方式中，如本文的实施方式所描述，可用一个或多个液流电池组电池102、202、300、602或以上的混合来代替一个或多个液流电池组电池402。因此，液流电池组***400可包括多个液流电池组电池，所述多个液流电池组电池包括并入单个***的任何数目的液流电池组电池102、202、300、402或602。在另一实施方式中，液流电池组电池102、202、300、402及/或602可被定位及/或旋转以设置在至本文所描述的组件液流电池组***400、液流电池组***100、200或600以及其它液流电池组***的各种位置中。例如，液流电池组电池102（图1A至图1B）、202（图2A至图2I）及602（图6A至图6B）图示为具有用于阴极电解液及阳极电解液的横向流道。水平流道以相对于重力（gravity）（诸如，垂直或实质上垂直于地心引力（gravitationalforce））的水平方向在每个液流电池组电池内的各别入口与出口之间延伸。或者，液流电池组电池300（图3A至图3F）及液流电池组电池402（图4）图示为具有用于阴极电解液与阳极电解液的垂向流道。垂直流道以相对于重力（诸如，平行或实质上平行于地心引力）的垂直方向在每个液流电池组电池内的各别入口与出口之间延伸。然而，液流电池组电池102、202、300、402及/或602不局限于被定位具有用于电解液的水平或垂直流道，而可以任何角度定位及/或旋转所述液流电池组电池102、202、300、402及/或602。
液流电池组电池402的每一个由导管***与阴极电解液源槽430及阳极电解液源槽450流体连通。在某些实施方式中，阴极电解液在液流电池组电池402内的阴极半电池的每一个与阴极电解液源槽430之间通过导管436循环，与阳极电解液在液流电池组电池402内的阳极半电池的每一个与阳极电解液源槽450之间由导管456循环类似。导管436在阴极电解液源槽430至阴极电解液入口432之间延伸并从阴极电解液出口434延伸至阴极电解液源槽430，与导管456在阳极电解液源槽450至阳极电解液入口452之间延伸并从阳极电解液出口454延伸至阳极电解液源槽450类似。泵438及泵458可并入液流电池组***400内以有助于阴极电解液及阳极电解液流至每个液流电池组电池402的各别半电池并从所述各别半电池流出。
阴极电解液在充电/放电循环的不同时间周期中可具有通过导管436的顺流（如图4的箭头所图示）或可具有逆流。阴极电解液的流体速度可在约1cm/sec至约25cm/sec的范围内，诸如，从约2cm/sec至约15cm/sec，例如，约5cm/sec或约10cm/sec。因此，在一个特定实例中，阴极电解液可通过以下方式在液流电池组***400的阴极侧内循环：从阴极电解液源槽430流出、通过导管436、通过阴极电解液入口432并进入阴极半电池、通过阴极电解液出口434自阴极半电池流出、通过导管436并回到阴极电解液源槽430。
阳极电解液在充电/放电循环的不同时间周期中可具有通过导管456的顺流（如图4的箭头所图示）或可具有逆流。阳极电解液的流体速度可在约1cm/sec至约25cm/sec的范围内，诸如，从约2cm/sec至约15cm/sec，例如，约5cm/sec或约10cm/sec。在另一具体实例中，阳极电解液可通过以下方式在液流电池组***400的阳极侧内循环：从阳极电解液源槽450流出、通过导管456、通过阳极电解液入口452并进入阳极半电池、通过阳极电解液出口454自阳极半电池流出、通过导管456并回到阳极电解液源槽450。
液流电池组电池402的每一个可具有阴极接触424和阳极接触444。阴极接触424可设置在液流电池组电池402上并在每个阴极半电池的内部与外部之间延伸。类似地，阳极接触444可设置在液流电池组电池402上并在每个阳极半电池的内部与外部之间延伸。
阴极接触424和阳极接触444可耦接并电接触液流电池组电池402以在使用时从液流电池组电池402放电或去除存储的电力，或者用于充电或存储电力至液流电池组***400。每个液流电池组电池402可由阴极接触424及阳极接触444电连接（例如，并联或串联），以形成用于液流电池组***400的所需电路。如图4所图示，多个液流电池组电池402可串联电连接，以具有用于液流电池组***400的恒定电流强度及增加的电压。或者，多个液流电池组电池402可并联电连接，以具有用于液流电池组***400的恒定电压及增加的电流强度。
在替代性实施方式中，双极板（未图示）可取代阴极接触424与阳极接触444两者并设置在每个液流电池组电池402的任何外表面上。每个双极板包括在阴极半电池的内部与外部之间延伸并与阴极半电池电接触的阴极接触，且还包括在阳极半电池的内部与外部之间延伸并与阳极半电池电接触的阳极接触。双极板在层叠或放置多个液流电池组电池402以形成液流电池组***400时可提供替代性配置。
图5A至图5C图示阴极线组件500，所述阴极线组件500可并入如本文所描述的液流电池组***（诸如，液流电池组***200）中。阴极线组件500包括框架502，所述框架502具有开口504和跨越开口504延伸的多条阴极线530。框架502和开口504两者图示为矩形或正方形的几何形状，但是其它几何形状可独立地用于框架502和开口504。框架502包括由防护壳522包围的主体506。框架主体506可含有塑料材料或由塑料材料（诸如，模制塑料）形成，所述塑料材料可为单片式塑料材料或多片粘附在一起的塑料材料。防护壳522可含有高弹性材料或低聚材料或由高弹性材料或低聚材料形成，所述高弹性材料或低聚材料可为单片式材料或多片式材料。框架主体506和防护壳可含有示例性材料或由示例性材料制成，所述示例性材料诸如是聚乙烯、聚丙烯、天然聚丙烯(NPP)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫(PPS)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氟化乙丙烯(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)，以及其它含氟聚合物、以上的衍生物或以上的组合物。大体来说，天然聚丙烯(NPP)为不包含颜料或实质上不包含颜料及/或为未填充的或实质上未填充的聚丙烯。
在阴极线组件500并入液流电池组***时，凸起密封(raised seal)524可设置在框架502上并用于形成紧配合或外壳。凸起密封524可为放置在周边框架502附近的O形环或密封或可形成为防护壳522的内层部分。
多条阴极线530在框架502的侧518与侧520之间延伸并跨越开口504。图5A图示包括10条线的单个阴极线行530。在其它实施方式中，阴极线组件500可包括两个或更多个阴极线行530并在每个行内可具有任何数目的线。在某些实施方式中，可围绕位于侧518上的第一带头销(headed pin)534将阴极线530串成一个环圈且第二带头销534位于侧520上。因此，在某些实施方式中可使用单根线形成两条阴极线530，而其它实施方式规定单根线可用来形成所有阴极线530。或者，每条阴极线530可为附接于线的每侧上的带头销534的单根线。在一个配置中，如图5B至图5C所图示，第一带头销行534沿着框架主体506的前侧510的侧518延伸且第二带头销行534沿着框架主体506的前侧510的侧520延伸。在另一配置中，如图5C所图示，第一带头销行534沿着框架主体506的后侧512的侧518延伸且第二带头销行534沿着框架主体506的后侧512的侧520延伸。
在一个实施方式中，前侧510或后侧512上的两个带头销行534彼此平行或实质上彼此平行地延伸并具有相同数量的带头销534，以使第一行中的每个带头销534与第二行中的每个连串的带头销534配成对。任一条线在每对带头销534之间延伸或者围绕每对带头销534串起回线以提供阴极线530。在另一实施方式中，如图5C所图示，两个带头销行534（前侧510与后侧512的每一个上一个行）沿着侧518延伸，且两个带头销行534（前侧510与后侧512的每一个上一个行）沿着侧520延伸。在沿着前侧510延伸的两个带头销行534之间串起的阴极线530形成第一阴极线阵列530，且在沿着后侧512延伸的两个带头销行534之间串起的阴极线530形成第二阴极线阵列530。
在一个实施方式中，如图5C所图示，两个阴极线行或阵列530相对于彼此对准。或者，在未图示的另一实施方式中，两个阴极线行或阵列530为相对于彼此错开的、偏置的或不对准的。可通过相对于后侧512上带头销534的位置错开或偏置前侧510上带头销534的位置来形成阴极线530的错开行对。
阴极线530可独立地含有金属（诸如，镉、铁、钢、不锈钢、镍、铬、银、金、铂、钯、以上的电镀、以上的合金、以上的衍生物或以上的组合物）。在某些实例中，阴极线530含有镉或镉合金。阴极线530可为实心镉线、实心镉合金线、镀镉的金属线（诸如，电镀有或涂布有镉或镉合金的钢或不锈钢线）。在许多实施方式中，阴极线530的长度可在约10cm至约50cm的范围内（诸如，从约20cm至约30cm）。阴极线530可具有在约0.001英寸至约0.1英寸的范围内（诸如，从约0.005英寸至约0.05英寸，或诸如，从约0.01英寸至约0.04英寸，或诸如，从约0.02英寸至约0.03英寸，例如，约0.012英寸、0.024英寸或0.036英寸）的直径。
如图5C所图示，接触条540耦接并电接触阴极线530的每一个。接触条540配置为以与液流电池组电池的阴极接触电接触。图5C图示从框架502的顶部514伸出的接触条540，然而接触条540可从框架502的底部516、侧518及520、前部510及/或后部512延伸以电接触液流电池组电池的阴极接触。接触条540可设置在框架主体506内及/或框架主体506与防护壳522之间。接触条540含有导电材料（诸如，金属）。接触条540可为线、板、条、带或类似的接触/导电表面。接触条540可含有铁、钢、不锈钢、铜、镍、铬、银、金、铝、镉、铂、钯、以上的电镀、以上的合金、以上的衍生物或以上的组合物。
图6A至图6B图示如在本文的多个实施方式中所描述包括液流电池组电池602的液流电池组***600，所述液流电池组电池602具有由电解质膜610隔开的阴极半电池622和阳极半电池642。阴极半电池622在液流电池组***600的阴极侧620上并具有多个开槽阴极片660，所述多个开槽阴极片660延伸通过阴极电解液路径633中的阴极电解液626并与所述阴极电解液626流体连通。开槽阴极片660垂直或实质上垂直于阴极电解液路径633而延伸且开槽阴极片660的每一个彼此平行或实质上彼此平行地延伸。如图6C所图示，每个开槽阴极片660包括由狭槽664隔开的多个阴极条带662。
图6A至图6B图示包括两个开槽阴极片660的液流电池组电池602。然而，在其它配置中，液流电池组电池602可具有仅一个开槽阴极片660，或可具有多个（诸如，2、3、4、5、6或更多个，诸如，10、20或更多个）开槽阴极片660。开槽阴极片660设置在液流电池组***600的阴极侧620上的阴极半电池622内。
如由图6B从电解质膜610跨越阴极半电池622的宽度观察的角度所图示，两个开槽阴极片660彼此对准以使最靠近电解质膜610的开槽阴极片660完全遮蔽离电解质膜610最远的开槽阴极片660。最靠近电解质膜610的开槽阴极片660内的阴极条带662形成第一阴极条带阵列662且离电解质膜610最远的开槽阴极片660内的阴极条带662形成第二阴极条带阵列662。
或者，在未图示的另一实施方式中，从电解质膜610横越阴极半电池622的宽度观察的角度，两个开槽阴极片660为彼此错开的，以使两个开槽阴极片660相对于彼此不对准。因此，每个阴极条带662行或阵列也为相对于彼此错开的。
阴极电解液626可流入设置在阴极半电池622上的阴极电解液入口632，沿着阴极电解液路径633，并从设置在阴极半电池622上的阴极电解液出口634流出。阴极电解液路径633于阴极半电池622内在阴极电解液入口632与阴极电解液出口634之间延伸。在大多数实施方式中，阴极电解液626为液态电解质（诸如，基于水的电解液）。在某些实例中，阴极电解液626可为锌电解液。在一个实例中，锌/亚铁氰化物电池组的阴极电解液为碱性的。阴极电解液可含有在约1N至约7N的范围内（诸如，从约2N至约5N）的氢氧化物浓度。氢氧化物可为氢氧化钠或氢氧化钾并可用锌酸盐使氢氧化物饱和。在某些实例中，阴极电解液626可处于饱和或过饱和状态，以使锌酸盐在镀液中沉淀形成固态悬浮液。
在液流电池组电池602外部，阴极电解液626在阴极半电池622与阴极电解液源槽630之间由导管636循环。导管636在阴极电解液源槽630至阴极电解液入口632之间延伸并从阴极电解液出口634延伸至阴极电解液源槽630。一个或多个泵（诸如，泵638）可并入液流电池组***600内以有助于阴极电解液626流至阴极半电池622并从阴极半电池622流出。在某些实例中，泵638可设置在阴极电解液源槽630与阴极电解液入口632之间并在阴极电解液源槽630与阴极电解液入口632之间由导管636连接所述泵638。在其它实例中，泵638可设置在阴极电解液源槽630与阴极电解液出口634之间并在阴极电解液源槽630与阴极电解液出口634之间由导管636连接所述泵638。因此，在一个特定实例中，阴极电解液626可通过以下方式在液流电池组***600的阴极侧620内循环：从阴极电解液源槽630流出、通过导管636、通过阴极电解液入口632、沿着阴极电解液路径633、跨越阴极条带662并通过阴极半电池622内的开槽阴极片660的狭槽664、通过阴极电解液出口634、通过导管636并回到阴极电解液源槽630。阴极电解液626在充电/放电循环的不同时间周期中可具有顺流（如图6A的箭头所图示）或可具有逆流。阴极电解液626的流体速度可在约1cm/sec至约25cm/sec的范围内，诸如，从约2cm/sec至约15cm/sec，例如，约5cm/sec或约10cm/sec。
在另一实施方式中，液流电池组电池602配置为由于阴极半电池622的尺寸的缘故而改善金属电镀均匀性，此改善为阴极电解液626沿阴极电解液路径633的给定体积流体速度提供增加的速度。在许多配置中，阴极半电池622可具有大于沿阴极电解液路径633的高度的长度和大于沿阴极电解液路径633的宽度的高度。此增加的体积流动速率又提供跨越阴极电解液路径633的长度的最小化学体积水平的耗尽。阴极电解液626的浓度在将金属电镀在阴极条带662上时实质上保持恒定值。因此，液流电池组电池602沿阴极电解液路径633的流向具有比宽度长的的长度，此情况产生给定体积流动速率的最高流体速度。
阴极半电池622跨越阴极电解液路径633（例如，垂直于长度和高度）的宽度可在约1mm至约20mm的范围内，诸如，从约5mm至约15mm，例如，约10mm。阴极半电池622沿阴极电解液路径633（例如，在阴极电解液入口632与阴极电解液出口634之间）的长度可在约5cm至约300cm的范围内，诸如，从约20cm至约200cm，诸如，从约50cm至约100cm。阴极半电池622沿阴极电解液路径633（例如，在底部部分612与顶部部分614之间）的高度可在约5cm至约300cm的范围内，诸如，从约20cm至约200cm，诸如，从约50cm至约100cm。在一个实例中，阴极半电池622可具有约200cm的长度、约10cm的高度和约10mm的宽度。在另一实例中，阴极半电池622可具有约100cm的长度、约20cm的高度和约10mm的宽度。
图6C图示开槽阴极片660，所述开槽阴极片660包括由狭槽664隔开并在开槽阴极片660的上部666与下部668之间延伸的阴极条带662。开槽阴极片660可含有金属片材（例如，不锈钢片材）或由金属片材（例如，不锈钢片材）形成，其中已经设置、模冲、削切或形成通过所述金属片材或在金属片材内的狭槽664。每个开槽阴极片660与阴极条带662可含有金属（诸如，铁、钢、不锈钢、镉、铬、镍、以上的合金或以上的组合物）或由金属（诸如，铁、钢、不锈钢、镉、铬、镍、以上的合金或以上的组合物）形成。在某些实例中，开槽阴极片660可由镀镉的不锈钢片材形成。
在许多实施方式中，与阴极电解液路径633的长度或阴极半电池622的长度相比，开槽阴极片660的高度可为相同的、实质上相同的或较短的。因此，开槽阴极片660的高度可在约5cm至约300cm的范围内，例如，从约20cm至约200cm，诸如，从约50cm至约100cm。此外，开槽阴极片660可具有在约0.005英寸至约0.1英寸的范围内（诸如，从约0.01英寸至约0.05英寸，例如，约0.02英寸）的厚度。
与阴极半电池622的高度相比，阴极条带662的长度可为相同的、实质上相同的或较短的。每个阴极条带662及/或狭槽664可具有在约5cm（约1.97英寸）至约300cm（约118.11英寸）的范围内的长度。在某些实例中，每个阴极条带662及/或狭槽664可具有在约20cm（约7.87英寸）至约200cm（约78.74英寸）或从约50cm（约19.69英寸）至100厘米（约39.37英寸）的范围内的长度。在其它实例中，每个阴极条带662及/狭槽664可具有在约5cm（约1.97英寸）至约50cm（约19.69英寸）的范围内（诸如，从约20cm（约7.87英寸）至约30cm（约11.81英寸））的长度。每个阴极条带662及/或狭槽664可具有在约0.005英寸至约0.1英寸的范围内（诸如，从约0.01英寸至约0.05英寸，例如，约0.02英寸）的宽度。每个阴极条带662及/或狭槽664可具有在约0.005英寸至约0.1英寸的范围内（诸如，从约0.01英寸至约0.05英寸，例如，约0.02英寸）的厚度。
图6C图示如跨越开槽阴极片660的前表面所观察以直且平行的行对准的阴极条带662。然而，在替代性实施方式中，如跨越开槽阴极片660的前表面所观察，多个阴极条带662可为不对准的、不平行的及/或不对称的。狭槽664的每一个及/或阴极条带662可独立地具有各种几何形状或形状。在某些实例中，在可包括切削、模冲、冲压或锻造阴极条带662的一或多个工艺期间形成阴极条带662以具有特定的二维或三维几何形状。阴极条带662的每一个及/或狭槽664的每一个可独立地具有选自以下的几何形状或形状：矩形、正方形、圆形（circle）、卵形（oval）、椭圆形、曲线、圆形（round）、以上的变型，以及其它几何形状。
在某些实施方式中，开槽阴极片660可经进一步经理以获得特定形状或几何形状及/或提供特定完成表面。例如，开槽阴极片660可经处理以修圆或修光滑阴极条带662的边缘。在某些实例中，可研磨、锉平、弯曲、修圆、喷砂、化学蚀刻、热处理、等离子体处理、抛光或由其它技术处理开槽阴极片660的表面（包括沿着每个阴极条带662的长度延伸的阴极条带662的边缘），以制备开槽阴极片660上光滑的边缘或圆形的边缘或其它合意的表面。
在一个实例中，开槽阴极片660由金属片材形成，其中模冲或形成通过金属片材的矩形几何形状的狭槽664。金属片材可具有约0.02英寸的厚度，因此阴极条带662具有约0.02英寸的相同的对应厚度。可将狭槽664模冲出具有约0.02英寸的宽度，且将狭槽664间隔开约0.02英寸，因此阴极条带662具有约0.02英寸的相同的对应宽度。此外，将狭槽664模冲出具有约10英寸的长度，因此阴极条带662具有约10英寸的相同的对应长度。
图6A图示耦接并电接触开槽阴极片660的每一个的接触条629。一个接触条629图示于图6A中，然而，众多接触条可用来个别地控制每条阴极条带662或阴极条带662阵列。在许多实施方式中，接触条629可由控制器及/或开关集合（未图示）与阴极接触628电接触。控制器及/或开关集合可耦接在阴极接触628与接触条629或多个接触条之间并与所述阴极接触628和所述接触条629或多个接触条电连通。控制器及/或开关集合可用来通过电连接/电断开开槽阴极片660的每一个（因此包括在每个开槽阴极片660内的每个阴极条带行662）至阴极接触628来独立地控制。在某些配置中，控制器及/或开关集合可用来独立地充电及/或放电每个开槽阴极片660。一旦与阴极接触628电接触，阴极条带662就变为在充电/放电循环期间能够被电镀/除镀的通电阴极。
在一个实施方式中，使用控制器顺序地充电及/或放电开槽阴极片660的每一个。在某些实例中，阴极半电池622可包括两个开槽阴极片阵列660，以使第一阵列包括通电的开槽阴极片且第二阵列包括不通电的开槽阴极片。第一阵列和第二阵列可各自具有1、2、3、4或更多个开槽阴极片660。在一个特定实例中，阴极半电池622包括两个通电开槽阴极片660的第一阵列和两个不通电开槽阴极片660的第二阵列。
接触条629可设置在阴极半电池622内部或外部，或阴极半电池622的围壁或表面的任一围壁或表面（诸如，阴极半电池622的底部部分612、顶部部分614及/或侧616）内。接触条629也可沿着在阴极半电池622的任何长度、宽度及/或高度而延伸。在某些实施方式中，如图6B所图示，接触条629可设置在阴极半电池622的顶部部分614内。在其它实施方式中，接触条629可设置在阴极半电池622的围壁或表面的外部。例如，其中的接触条629或接点可伸出通过阴极半电池622的底部部分612、顶部部分614及/或侧616，以与阴极条带662的每一个实体耦接或电耦合。或者，阴极条带662的每条阴极条带662可伸出通过阴极半电池622的底部部分612、顶部部分614及/或侧616，以与接触条629实体耦接或电耦合。接触条629含有导电材料（诸如，金属）。接触条629可为线、板、条、带或类似的接触/导电表面。接触条629可含有铁、钢、不锈钢、铜、镍、铬、银、金、铝、镉、铂、钯、以上的电镀或涂层、以上的合金、以上的衍生物或以上的组合物。
图6A图示包括两个开槽阴极片660的阴极半电池622，所述两个开槽阴极片660用仅在每个开槽阴极片660之间流动的阴极电解液626间隔开。在未图示的替代性实施方式中，阴极半电池622包括由设置在开槽阴极片660之间的薄电绝缘片材隔开的多个开槽阴极片660。薄电绝缘片材防止相邻开槽阴极片660在执行顺序的充电/放电循环时彼此电接触。
阳极半电池642在液流电池组***600的阳极侧640上并包括阳极644，所述阳极644可与阳极电解液646流体及/或导电连通。阳极电解液646可为液态电解质（诸如，基于水的电解液）或固态电解质。在阳极电解液646为液态阳极电解液的实施方式中，阳极电解液646流入设置在阳极半电池642上的阳极电解液入口652、沿着阳极电解液路径653并从设置在阳极半电池642上的阳极电解液出口644流出。阳极电解液路径653在阳极电解液入口652与阳极电解液出口654之间以及在阳极半电池642内的阳极644与电解质膜610之间延伸。
在液流电池组电池602外侧，在阳极电解液646为液态阳极电解液的实施方式中，阳极电解液646在阳极半电池642与阳极电解液源槽650之间由导管656循环。导管656在阳极电解液源槽650至阳极电解液入口652之间延伸并从阳极电解液出口654延伸至阳极电解液源槽650。一个或多个泵（诸如，泵658）可并入液流电池组***600内以有助于阳极电解液646流至阳极半电池642并从阳极半电池642流出。在某些实例中，泵658可设置在阳极电解液源槽650与阳极电解液入口642之间并在阳极电解液源槽650与阳极电解液入口642之间由导管656连接所述泵658。在其它实例中，泵658可设置在阳极电解液源槽650与阳极电解液出口634之间并在阳极电解液源槽650与阳极电解液出口634之间由导管656连接所述泵658。因此，在一个特定实例中，阳极电解液646可通过以下方式在液流电池组***600的阳极侧640内循环：从阳极电解液源槽650流出、通过导管656、通过阳极电解液入口652、沿着阳极半电池642内的阳极电解液路径653、通过阳极电解液出口654、通过导管656并回到阳极电解液源槽650。阳极电解液646在充电/放电循环的不同时间周期中可具有顺流（如图6A的箭头所图示）或可具有逆流。阳极电解液646的流体速度可在约1cm/sec至约25cm/sec的范围内，诸如，从约2cm/sec至约15cm/sec，例如，约5cm/sec或约10cm/sec。
在某些实施方式中，阳极电解液646可为固态阳极电解液，因此如图6A所图示，阳极侧640的某些部分或元件可为可选或缺失的部分或所述部分的变型（诸如，阳极电解液入口652、阳极电解液出口654、阳极电解液源槽650、导管656及/或泵658）。固态阳极电解液246可具有在约0.2mm至约5mm的范围内（或从约0.5mm到约3mm，诸如，约1mm或约2mm）的厚度。
在某些实例中，阳极电解液646可为Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)电解液（诸如，铁/铁氰化物电解液）。阳极电解液646可最初地含有氰化亚铁化合物，所述氰化亚铁化合物在电池组或电池的再充电期间氧化成各别氰化铁化合物。可包含在阳极电解液246内的数个示例性氰化亚铁化合物包括亚铁***（诸如，铁氰化四钠十水合物(Na4Fe(CN)6·10H2O)，也称为黄血盐钠，可购自ScienceLab.com），以及黄血盐（诸如，铁氰化四钾十水合物(K4Fe(CN)6·10H2O)）。阳极电解液646一般含有氢氧化物且可在充电/放电循环期间将额外的氢氧化物溶液添加至阳极电解液646以维持所需的氢氧化物浓度。氢氧化物水溶液一般含有氢氧化钠、氢氧化钾或以上的混合物。
阳极644（诸如，氧化还原电极）可具有各种几何形状（诸如，扁平的平面阳极、平面阳极、板形阳极、圆柱形阳极或类似物）。阳极644可为固态的，或可具有高表面积配置（诸如，为多孔的、膨胀的或泡沫状的）。通常情况下，阳极644含有镍、铁、铬、钢、不锈钢、石墨、以上的合金、以上的衍生物或以上的组合物。阳极644可电镀或涂布有另一材料或金属，诸如涂布或电镀有镍或镍合金的石墨阳极。在一个实例中，阳极644为平面电极并含有不锈钢。在另一实例中，阳极644为多孔的、泡沫状的或膨胀的并含有镍或镍合金（诸如，泡沫镍、膨胀的镍、穿孔的镍、镍线或编织的镍线）。在另一实例中，阳极644含有石墨（诸如，多孔石墨、泡沫石墨、镀镍的泡沫石墨、石墨毡、镀镍的石墨毡或以上的衍生物）。在某些实施方式中，阳极644可具有在约5cm至约300cm的范围内（诸如，从约10cm至约50cm，诸如，从约20cm至约30cm）的长度，并可具有在约5cm至约300cm的范围内（诸如，从约10cm至约50cm，诸如，从约20cm至约30cm）的高度。另外，阳极644可具有在约0.5mm至约5mm的范围内（诸如，从约1mm至约3mm）的厚度。
电解质膜610设置在阴极半电池622与阳极半电池642之间并与阴极电解液626和阳极电解液646两者接触。电解质膜610可为分隔阴极电解液626与阳极电解液646的交换膜、分离片或类似物。在许多实施方式中，电解质膜610为离子交换膜（诸如，阳离子交换膜），所述离子交换膜对迁移通过阳极电解液646与阴极电解液626之间的电解质膜610的某些阳离子（例如，Na+或K+）为半透性的。电解质膜610可含有以下材料或由以下材料组成：离子型树脂及/或聚合材料、共聚合材料或低聚的材料（诸如，聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、以上的衍生物或以上的组合物）。一般而言，电解质膜610为耐用的并具有高离子导电率和化学稳定性。在一个实例中，电解质膜610含有PTFE的聚合主链，所述电解质膜610诸如可购自DuPont（杜邦）的
Figure BDA00002852382100381
112、115、117和424薄膜。在另一实例中，电解质膜610含有四氟乙烯和1,2-亚乙烯基单体的共聚合物，所述电解质膜610诸如可购自Dow Chemical Company（陶氏化学公司）的
Figure BDA00002852382100382
膜。电解质膜610可具有在约0.005mm至约0.5mm的范围内的厚度。在某些实例中，电解质膜610可具有约0.015mm的厚度。在替代性实施方式中，电解质膜110可为由聚合材料和沉淀的二氧化硅形成的分离片（诸如，有罗纹的分离片），以使内部结构为非常多孔的、弯曲的及亲水的（例如，亲水的多孔塑料分离片），所述电解质膜110可购自AMER-SIL公司。
虽然液流电池组***600图示为仅具有一个液流电池组电池602，然而，液流电池组***600往往包括类似于液流电池组电池602的多个电池。可基于每个液流电池组电池602的总容量与整个液流电池组***600的相对总所需能量容量确定液流电池组电池602的具体量。可将多个液流电池组电池602连接在一起用于存储所需的总能量容量。
阴极接触628和阳极接触648可耦接或电接触液流电池组电池602以在使用时从液流电池组电池602放电或去除存储的电力，或者用于充电或存储电力至液流电池组***600。每个液流电池组电池602可由阴极接触628和阳极接触648电连接（例如，并联或串联），以形成用于液流电池组***600的所需电路。在一个实例中，多个液流电池组电池602可串联电连接，以具有用于液流电池组***600的恒定电流强度及增加的电压。或者，多个液流电池组电池602可并联电连接，以具有用于液流电池组***600的恒定电压及增加的电流强度。
虽然上述说明涉及本发明的实施方式，但是可在不偏离本发明的基本范围的情况下设想出本发明的其它及进一步实施方式，且由随附权利要求书决定本发明的范围。

Claims (15)

1.一种液流电池组电池，包括：
阴极半电池，所述阴极半电池包括阴极电解液入口、阴极电解液出口、阴极电解液路径和阴极，所述阴极电解液路径在所述阴极电解液入口与所述阴极电解液出口之间延伸并在所述阴极半电池内延伸，所述阴极包括实质上垂直于所述阴极电解液路径并在所述阴极电解液路径内延伸的多条阴极线，其中所述阴极线的每一条实质上彼此平行地延伸；
阳极半电池，所述阳极半电池包括阳极；
电解质膜，所述电解质膜设置在所述阴极半电池与所述阳极半电池之间；和
阴极接触，所述阴极接触与所述阴极电连接并设置在所述阴极半电池外部。
2.如权利要求1所述的液流电池组电池，其中所述阴极线包含镉或镉合金。
3.如权利要求2所述的液流电池组电池，其中所述多条阴极线包括选自由以下组成的组的线：实心镉线、电镀或涂布有镉或镉合金的不锈钢线、电镀或涂布有镉或镉合金的金属线、以上的变型以及以上的组合。
4.如权利要求2所述的液流电池组电池，其中所述阴极线具有在约0.01英寸至约0.04英寸的范围内的直径和在约5cm至约300cm的范围内的长度。
5.如权利要求1所述的液流电池组电池，进一步包括与所述阳极电连接并设置在所述阳极半电池外部的阳极接触，且所述阳极包含铁、镍、铬、钢、不锈钢、以上的合金或以上的组合物。
6.如权利要求1所述的液流电池组电池，其中所述多条阴极线包括沿所述阴极电解液路径延伸的至少一个阴极线行，所述阴极线在所述行内彼此间隔开一段预定距离，其中所述预定距离实质上等于所述个别阴极线的周长。
7.如权利要求1所述的液流电池组电池，其中所述多条阴极线包括至少两个阴极线阵列，每个阵列包括至少一行阴极线，且所述行沿所述阴极电解液路径延伸。
8.如权利要求7所述的液流电池组电池，其中所述多条阴极线包括至少四个阴极线行。
9.如权利要求8所述的液流电池组电池，其中第一阴极线阵列和第二阴极线的每一个与所述阴极接触独立地电连接。
10.一种包括如权利要求1所述的两个或更多个液流电池组电池的液流电池组***。
11.一种液流电池组电池，包括：
阴极半电池，所述阴极半电池包括平面阴极、阴极电解液入口、阴极电解液出口、阴极电解液路径和敞开式方块流筛网，所述阴极电解液路径在所述阴极电解液入口与所述阴极电解液出口之间延伸并在所述阴极半电池内延伸，所述敞开式方块流筛网在所述阴极电解液路径内，其中所述敞开式方块流筛网包括含有电绝缘材料的多个方块及设置在整个所述电绝缘材料中并在所述方块之间的多个通道；
阳极半电池，所述阳极半电池包括与阳极电解液导电接触的阳极；
电解质膜，所述电解质膜设置在所述阴极半电池与所述阳极半电池之间；和
阴极接触，所述阴极接触与所述阴极电连接并设置在所述阴极半电池外部。
12.如权利要求11所述的液流电池组电池，其中所述敞开式方块流筛网与所述平面阴极的所述前向表面实体接触，且所述敞开式方块流筛网从所述阴极电解液入口延伸至所述阴极电解液出口且从所述平面阴极延伸至所述电解质膜。
13.如权利要求12所述的液流电池组电池，其中所述敞开式方块流筛网的所述通道占所述敞开式方块流筛网的所述总体积的约70%或70%以上。
14.如权利要求13所述的液流电池组电池，其中所述敞开式方块流筛网包含编织纤维的多孔垫。
15.一种液流电池组电池，包括：
阴极半电池，所述阴极半电池包括阴极电解液、阴极电解液入口、阴极电解液出口、阴极电解液路径和开槽阴极片，所述阴极电解液路径在所述阴极电解液入口与所述阴极电解液出口之间延伸并在所述阴极半电池内延伸，所述开槽阴极片与所述阴极电解液路径流体连通并实质上垂直于所述阴极电解液路径延伸，其中所述开槽阴极片包括由设置通过金属片材的狭槽隔开的多个阴极条带；
阳极半电池，所述阳极半电池包括与阳极电解液导电接触的阳极；
电解质膜，所述电解质膜设置在所述阴极半电池与所述阳极半电池之间并与所述阴极电解液和所述阳极电解液接触；和
阴极接触，所述阴极接触与所述开槽阴极片电连接并设置在所述阴极半电池外部。
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