CN107534161A - 网格型液流电极结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种网格型液流电极结构，该网格型液流电极结构能够通过形成供应电解液的网格型支撑体的框架来降低安装成本并在占用小空间的同时提供大容量，以便适用于发电、储存能量、脱盐等的大型设备，并且能够用于冷凝液流电极装置或氧化还原液流电极装置。

Description

网格型液流电极结构
技术领域
本发明涉及一种使用网格型支架作为供应电解液的框架的液流电极结构，以便适用于发电、储存能量、脱盐等的大型设备(plant)，从而降低安装成本并在占用小空间的同时提供大容量。
背景技术
近年来，许多国家大力开发清洁能源替代品，以解决大气环境污染和全球变暖问题。特别地，最近，海洋盐度梯度发电受到很多关注。
同时，能够存储各种替代能源产生的电能的大容量电力储存技术的开发已经成为未来绿色产业基础的重点。大多数这样的未来电力储存技术都是基于使用离子吸收(充电)和解吸(放电)的原理，例如锂离子电池或超级电容器，因此，世界各国正在进行主要的研究和开发工作，通过提高材料和部件的充放电特性，实现高效率致密化和容量扩展。
同时，上述原理最近也被用于包括净化水或废水的处理、海水淡化等的水处理应用，由此与现有的蒸发或反渗透(RO)方法相比，处理水的能量成本大大降低；也就是说，电容去离子(CDI)过程目前正在开发中。
对于使用与上述相同原理的电力存储和水处理***，最重要的问题是设备的高成本以及容量扩展的效率的降低。换句话说，由于升级的电极的面积增加、随后电极的电场分布的不规则、涂覆在集电器上的薄膜电极中的活性物质的有限的量、涂布时活性物质与电解液之间的接触面积由于粘合剂而减少、充放电效率的劣化等，单元电池的数量必须堆叠，从而导致高设备成本，并且特别地，由于堆流中的水(电解液)压力的损失，电容去离子(CDI)工艺遇到增加操作成本的问题。
为了解决上述问题，本申请人开发了一种电容式液流电极装置(韩国专利No.10-1233295)，并将其用于开发(韩国专利No.10-1318331)、能量存储(韩国专利No.10-1210525)和水处理(韩国专利No.10-1221562)。
尽管可以通过上述发明提出的液流电极向单元电池供应具有无限电极容量的电极，但是使用液流电极的诸如包括氧化还原液流电池等的设备的现有技术需要增加电极面积或被堆叠以提供大容量。然而，在现有技术中，包括正极和负极集电器的结构单元元件是无限堆叠的。
因此，单元电池的堆叠不仅引起体积的大幅度增加，而且还存在由于各种流动通道而增加组件数量的问题，从而增加了制造设备的成本。
<现有技术文献>
专利文献
(专利文献1)韩国专利No.10-1233295
(专利文献2)韩国专利No.10-1318331
(专利文献3)韩国专利No.10-1210525
(专利文献4)韩国专利No.10-1221562
(专利文献5)韩国专利No.10-1327741
发明内容
技术问题
为解决上述问题而设计的本发明的一个目的是通过形成提供电解液的网格型支架(网格型支撑体)的框架来降低安装成本并在占用小空间的同时提供大容量，以便适用于发电、储存能量、脱盐等的大型设备。
技术方案
为了实现上述目的，本发明的液流电极结构的第一方面是一种液流电极结构，包括：网格型支架，所述网格型支架具有网格型结构的截面形状并且形成具有液体可渗透壁的多个轴向延伸通道，电解液流经所述轴向延伸通道；液流阴极，所述液流阴极包括阴极离子可交换集电器(current collector)的通道以及与阴极活性物质混合的电极溶液，所述阴极离子可交换集电器的通道形成在通道型的所述液体可渗透壁的内表面上，正离子渗透穿过所述阴极离子可交换集电器的通道，所述与阴极活性物质混合的电极溶液流经由所述阴极离子可交换集电器的通道限定的内部空间；以及液流阳极，所述液流阳极包括阳极离子可交换集电器的通道以及与阳极活性物质混合的电极溶液，所述阳极离子可交换集电器的通道形成在通道型的所述液体可渗透壁的内表面上，负离子渗透穿过所述阳极离子可交换集电器的通道，所述与阳极活性物质混合的电极溶液流经由所述阳极离子可交换集电器的通道限定的内部空间，其中所述液流阳极被布置为与所述液流阴极的附近接触。
所述液流电极结构的第二方面是进一步包含电解液流动通道的所述液流电极结构的所述第一方面。也就是说，所述第二方面的液流电极结构是一种液流电极结构，包括：网格型支架，所述网格型支架具有网格型结构的截面形状并且形成具有液体可渗透壁的多个轴向延伸通道，电解液流经所述轴向延伸通道；液流阴极，所述液流阴极包括阴极离子可交换集电器(current collector)的通道以及与阴极活性物质混合的电极溶液，所述阴极离子可交换集电器的通道形成在通道型的所述液体可渗透壁的内表面上，正离子渗透穿过所述阴极离子可交换集电器的通道，所述与阴极活性物质混合的电极溶液流经由所述阴极离子可交换集电器的通道限定的内部空间；液流阳极，所述液流阳极包括阳极离子可交换集电器的通道以及与阳极活性物质混合的电极溶液，所述阳极离子可交换集电器的通道形成在通道型的所述液体可渗透壁的内表面上，负离子渗透穿过所述阳极离子可交换集电器的通道，所述与阳极活性物质混合的电极溶液流经由所述阳极离子可交换集电器的通道限定的内部空间；以及电解液流动通道，所述电解液流动通道是由所述液体可渗透壁的通道限定的内部空间，并且电解液流经所述电解液流动通道，其中所述液流阳极或所述电解液流动通道被布置为与所述液流阴极的附近接触，并且所述液流阴极或所述电解液流动通道被布置为与所述液流阳极的附近接触。
所述液流电极结构的第三方面是具有不同的网格型支架的液流电极结构。也就是说，所述第三方面的液流电极结构是一种液流电极结构，包括：网格型支架，所述网格型支架具有网格型结构的截面形状并且形成具有电极隔板(electrode separator)的多个轴向延伸通道；液流阴极，所述液流阴极包括多孔阴极板的通道以及与阴极活性物质混合的电极溶液，所述多孔阴极板的通道被布置为与所述网格型支架的通道的内壁表面接触，所述与阴极活性物质混合的电极溶液流经由所述多孔阴极板的通道限定的内部空间；以及液流阳极，所述液流阳极包括多孔阳极板的通道以及与阳极活性物质混合的电极溶液，所述多孔阳极板的通道被布置为与所述网格型支架的通道的内壁表面接触，所述与阳极活性物质混合的电极溶液流经由所述多孔阳极板的通道限定的内部空间，其中所述液流阳极被布置为与所述液流阴极的附近接触。
所述液流电极结构的第四方面是所述液流电极结构的所述第三方面进一步包含电解液流动通道的液流电极结构。也就是说，所述第四方面的液流电极结构是一种液流电极结构，包括：网格型支架，所述网格型支架具有网格型结构的截面形状并且形成具有电极隔板的多个轴向延伸通道；液流阴极，所述液流阴极包括多孔阴极板的通道以及与阴极活性物质混合的电极溶液，所述多孔阴极板的通道被布置为与所述网格型支架的通道的内壁表面接触，所述与阴极活性物质混合的电极溶液流经由所述多孔阴极板的通道限定的内部空间；液流阳极，所述液流阳极包括多孔阳极板的通道以及与阳极活性物质混合的电极溶液，所述多孔阳极板的通道被布置为与所述网格型支架的通道的内壁表面接触，所述与阳极活性物质混合的电极溶液流经由所述多孔阳极板的通道限定的内部空间；以及电解液流动通道，所述电解液流动通道是由所述网格型支架的通道限定的内部空间，并且电解液流经所述电解液流动通道，其中所述液流阳极或所述电解液流动通道被布置为与所述液流阴极的附近接触，并且所述液流阴极或所述电解液流动通道被布置为与所述液流阳极的附近接触。
阴极离子可交换集电器可以通过堆叠被布置为与通道型的所述液体可渗透壁的内表面接触的通道型阴极离子可交换膜和被布置为与所述通道型阴极离子可交换膜的内表面接触的多孔阴极板的通道来形成，并且阳极离子可交换集电器可以通过堆叠被布置为与通道型的所述液体可渗透壁的内表面接触的通道型阳极离子可交换膜和被布置为与所述通道型阳极离子可交换膜的内表面接触的多孔阳极板的通道来形成。
此外，在另一方面，阴极离子可交换集电器可以通过堆叠被布置为与通道型的所述液体可渗透壁的内表面接触的通道型多孔阴极板和被布置为与所述通道型多孔阴极板的内表面接触的阴极离子可交换膜的通道来形成，并且阳极离子可交换集电器可以通过堆叠被布置为与通道型的所述液体可渗透壁的内表面接触的通道型多孔阳极板和被布置为与所述通道型多孔阳极板的内表面接触的阳极离子可交换膜的通道来形成。
在所述液流电极结构的第一和第二方面中，所述网格型支架可以由沸石、陶瓷或聚合材料构成。关于陶瓷材料，可以使用铝氧化物、硅氧化物、碳化硅、氮化硅等；并且关于聚合材料，可以使用塑料、聚合物纤维等。
此外，在所述液流电极结构的第三方面中，所述网格型支架可以由渗透质子的孔隙填充膜(pore-filled membrane)构成。另外，在所述液流电极结构的第四方面中，所述网格型支架可以由渗透离子的孔隙填充膜构成。
此外，所述多孔阴极板和所述多孔阳极板可以由多孔碳板构成。所述多孔碳板可以使用石墨、石墨烯、碳纤维、活性炭、碳纳米管等制造。
此外，所述通道的截面形状可以是圆形或多边形。
可以使用第一、第二和第四方面的液流电极结构形成电容式液流电极装置。
此外，可以使用第三方面的液流电极结构形成氧化还原液流电池装置。
有益效果
本发明可以提供一种电容式液流电极装置或氧化还原液流电池装置，其能够通过减少部件数量和在堆叠时在相邻电极单元中共享液流阴极和液流阳极来大大降低制造成本和安装空间同时提供大电极容量，以便适用于发电、储存能量、脱盐等的大型设备。
此外，本发明不仅可以应用于电容式液流电极装置或氧化还原液流电池装置，而且可以应用于所有在移动离子或质子的同时用于发电、储存能量和脱盐的装置。
附图说明
图1是构成本发明的基本结构的电容式液流电极装置的示意图；
图2是根据本发明的实施例1的电容式液流电极装置的示意图；
图3是图2的电容式液流电极装置的剖视图；
图4是根据本发明的实施例2的电容式液流电极装置的示意图；
图5是根据本发明的实施例3的电容式液流电极装置的示意图；
图6是根据本发明的实施例4的电容式液流电极装置的示意图；
图7是根据本发明的实施例5的电容式液流电极装置的示意图；
图8是根据本发明的实施例6的电容式液流电极装置的示意图；
图9是根据本发明的实施例7的电容式液流电极装置的示意图；
图10是根据本发明的实施例8的电容式液流电极装置的示意图；
图11是根据本发明的实施例9的电容式液流电极装置的示意图；
图12是根据本发明的实施例10的电容式液流电极装置的示意图；
图13是根据本发明的实施例11的氧化还原液流电池装置的示意图；
图14是示出一般的氧化还原液流电池的结构的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明。当将附图标记***到各个附图中的组成部分时，尽管在不同的附图中示出了组成部分，但是只要组成部分相同，在可能的情况下，它们被描述为具有相同的附图标记。被认为使本发明的要点变得模糊的公知功能和结构的详细描述将被省略。
可以通过本发明的液流电极结构制造电容式液流电极装置或氧化还原液流电池装置。因此，电容式液流电极装置和氧化还原液流电池装置作为本发明的液流电极结构的实例描述。
首先，将参照图1描述构成本发明的基本结构的电容式液流电极装置100。特别地，电容式液流电极装置100将作为从电解液产生电力的发电厂中使用的装置的示例描述。在本发明中，正极是指阴极并且负极是指阳极。其极性可以在脱盐或放电中改变。
如图1所示，在电容式液流电极装置100中，液流阴极112和液流阳极114布置在电解液流动通道102的两侧，电解液流动通道102位于液流阴极112与液流阳极114中间。阴极离子可交换集电器布置在电解液流动通道102和液流阴极112之间；并且阳极离子可交换集电器布置在电解液流动通道102和液流阳极114之间。另外，封闭板116、118布置在液流阴极112和液流阳极114的外侧以形成流动通道。
液流阴极112是指电极溶液与阴极活性物质111混合并以分散的泥浆态流动的流动通道。此外，液流阳极114是指电极溶液与阳极活性物质113混合并以分散的泥浆态流动的流动通道。液流阴极112和液流阳极114可以使用能够形成流动通道的网格型支架作为内部框架。阴极活性物质和阳极活性物质可以由不同或相同的材料形成。涉及这两种情况的材料统称为电极活性物质。对于阴极活性物质和阳极活性物质，可以使用多孔碳(例如活性炭、碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管等)、石墨粉末、金属氧化物粉末等。
此外，电极溶液可以包含诸如NaCl、H2SO4、HCl、NaOH、KOH、Na2NO3等的水溶性电解溶液，以及诸如碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)和四氢呋喃(THF)的有机电解溶液。特别地，可以使用包含大量盐(特别是NaCl)的盐水或包含微量盐的淡水作为电极溶液。
如图1所示，通过堆叠阴极离子可交换膜104和多孔阴极板106形成的构件可以用于阴极离子可交换集电器。阴极离子可交换膜104布置在电解液流动通道102的一侧，并且多孔阴极板106布置在液流阴极112的一侧。相反，阴极离子可交换膜104也可以布置在液流阴极112的一侧，并且多孔阴极板106也可以布置在电解液流动通道102的一侧。
此外，如图1所示，通过堆叠阳极离子可交换膜108和多孔阳极板110形成的构件可以用于阳极离子可交换集电器。阳极离子可交换膜108布置在电解液流动通道102的一侧，并且多孔阳极板110布置在液流阳极114的一侧。相反，阳极离子可交换膜108也可以布置在液流阳极114的一侧，并且多孔阳极板110也可以布置在电解液流动通道102的一侧。
如果仅允许离子渗透的导电材料被开发用于阳极离子可交换集电器和阴极离子可交换集电器，则阳极离子可交换集电器或阴极离子可交换集电器的上述堆叠形状的厚度可以进一步减小。
对于多孔阴极板106和多孔阳极板110，可以使用流体可以通过的导电材料，例如多孔碳板。碳板可以由石墨、石墨烯、碳纤维、活性炭、碳纳米管等制成。
此外，阳离子可交换膜104是致密层，其阻止电解液的通过并且选择性地仅使正离子通过，并且阴离子可交换膜108是致密层，其阻止电解液的通过并且选择性地仅使负离子通过。本领域已知的离子可交换膜可用于阳离子可交换膜104和阴离子可交换膜108。
此外，电解液在电解液流通道102中流动。另外，与电极溶液相似，电解液可以包含诸如NaCl、H2SO4、HCl、NaOH、KOH、Na2NO3等的水溶性电解溶液，以及诸如碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)和四氢呋喃(THF)的有机电解溶液。特别地，可以使用包含大量盐(特别是NaCl)的盐水或包含微量盐的淡水作为电极溶液。电解液流动通道102可以使用能够形成流动通道的网格型支架作为内部框架。
电解液流动通道102中的电解液的运动方向与液流阴极112和液流阳极114中的流体的运动方向可以相同或相反。
此外，电解液流动通道102可以形成为具有电解液流经的空间，但是网格型支架可以填充在电解液流动通道102中。优选地，网格型支架是电绝缘体并且由纤维结构制成以便于电解液的运动。
封闭板116、118可以是非导电板或具有导电性的金属板。如果使用导电金属板，则它可以用作额外的集电器。
根据本发明的实施例1的电容式液流电极装置100基本上是如上所述构造的。在下文中，将描述当电容式液流电极装置100用作发电厂时的操作原理。当具有正离子和负离子的电解液流经电解液流动通道102时，通过阴极离子可交换集电器的正离子移动到液流阴极112中，并且通过阳极离子可交换集电器的负离子移动到液流阳极114中。因此，在液流阴极112和液流阳极114之间产生电位差。当这种电位差通过多孔阴极板106和多孔阳极板110与外部电连接时，电容式液流电极装置100可以用作发电单元。
相反，当从外部向多孔阴极板106和多孔阳极板110施加电流以产生电位差时，正离子和负离子被强制地从流经电解液流动通道102的电解液移动到液流阴极112和液流阳极114，从而使电解液脱盐。
此外，由于同时在流经液流阴极112和液流阳极114的浆料中填充电荷，所以可以将该浆料储存并用作电力存储装置。
基于电容式液流电极装置100，将参照图2和图3描述根据实施例1的通过利用网格型支架202扩展电容量的电容式液流电极装置200。电容式液流电极装置200是扩展图1的电容式液流电极装置100的装置，其基本构成与电容式液流电极装置100的基本构成相同。
如图2所示，网格型支架202是在其中形成有多个具有矩形截面的穿孔通道的网格型结构。除了矩形截面之外，所述通道可以形成为圆形或多边形的截面。
在电容式液流电极装置200中，液流阴极201和液流阳极203布置在网格型支架的通道的内部。阴极离子可交换集电器布置在液流阴极201中，阳极离子可交换集电器布置在液流阳极203中。
包含在流经液流阴极201的电极溶液212中的阴极活性物质和包含在流经液流阳极203的电极溶液214中的阳极活性物质可以由相同或不同的材料组成。
阴极离子可交换集电器可以通过堆叠阴极离子可交换膜204和多孔阴极板206来形成。也就是说，阴极离子可交换膜204被布置为与网格型支架的通道的内壁表面接触，并且多孔阴极板206被布置为与阴极离子可交换膜204的内侧接触。因此，可以形成其中堆叠阴极离子可交换膜204和多孔阴极板206的管。
此外，可以通过从网格型支架的通道的内壁表面依次堆叠阳极离子可交换膜208和多孔阳极板210来形成阳极离子可交换集电器。因此，阳极离子可交换膜208和多孔阳极板210形成管。
此外，还可以包括电解液流动通道216。
电解液流动通道216中的电解液的运动方向与液流阴极201和液流阳极203中的电极溶液的运动方向可以相同或相反。
在网格型支架202中，网格型支架的一部分可以包含在电解溶液中，以通过重力或毛细现象自然地移动电解液，或者在电解液流动通道216中被强制流动的电解液可以在渗透到网格型支架202的壁的同时流动。
可以仅液流阳极203布置在液流阴极201的附近，或者液流阳极203或电解液流动通道216可以布置在液流阴极201的附近。以相同的方式，可以仅液流阴极201布置在液流阳极203的附近，或者液流阴极201或电解液流动通道216可以布置在液流阳极203的附近。
在实施例1中，包括电解液流动通道216，但是在没有电解液流动通道216的情况下，通道也可以仅由液流阴极201和液流阳极203组成。实施例8(参见图10)示出了这样的构造。
在实施例1中，液流阴极201和液流阳极203在电解液流动通道216附近呈彼此相对的形式，同时，液流阴极201和液流阳极203沿对角线方向布置。
更具体地说，在位于相邻的液流阴极201和液流阳极203之间的网格型支架202的壁中，发生如图1所示的阴离子和阳离子的运动。由于阴离子和阳离子的运动发生在整个网格型支架202中，液流电极装置的容量大大增加。此外，电解液流动通道216用于连续地供应电解液。
图4至图9示出了根据实施例2至7的电容式液流电极装置218、220、222、224、226和228。液流阴极201、液流阳极203和电解液流动通道216的布置与实施例1不同，尽管其构造与实施例1相同。因此，根据设计人员的意图可以进行各种类型的布置，并且基于此，可以看出，如果连续供应液流电极，则由于无限的吸附能力，脱盐也会连续进行。
图10示出了根据本发明的实施例8的电容式液流电极装置230。电容式液流电极装置230省略了电解液流动通道，电解液仅由网格型支架202输送。因此，电容式液流电极装置的优点在于，与实施例1至8相比，其尺寸可以进一步减小。
图11示出了根据本发明的实施例9的电容式液流电极装置300。在电容式液流电极装置300中，阴极离子可交换集电器和阳极离子可交换集电器的布置图案与图1相比是相反的。
如图11所示，网格型支架302是在其中形成有多个具有矩形截面的穿孔通道的网格型结构。除了矩形截面之外，所述通道可以形成为圆形或多边形的截面。
在电容式液流电极装置300中，液流阴极301和液流阳极303布置在网格型支架的通道的内部。阴极离子可交换集电器布置在液流阴极301中，阳极离子可交换集电器布置在液流阳极303中。
包含在流经液流阴极301的电极溶液312中的阴极活性物质和包含在流经液流阳极303的电极溶液314中的阳极活性物质可以由相同或不同的材料组成。
阴极离子可交换集电器可以通过堆叠阴极离子可交换膜304和多孔阴极板306来形成。也就是说，多孔阴极板306被布置为与网格型支架的通道的内壁表面接触，并且阴极离子可交换膜304被布置为与多孔阴极板306的内侧接触。因此，可以形成其中堆叠多孔阴极板306和阴极离子可交换膜304的管。
此外，可以通过从网格型支架的通道的内壁依次堆叠多孔阳极板310和阳极离子可交换膜308来形成阳极离子可交换集电器。因此，多孔阳极板310和阳极离子可交换膜308形成管。
此外，还可以包括电解液流动通道316。
电解液流动通道316中的电解液的运动方向与液流阴极301和液流阳极303中的电极溶液的运动方向可以相同或相反。
在网格型支架302中，网格型支架的一部分可以包含在电解溶液中，以通过重力或毛细现象自然地移动电解液，或者在电解液流动通道316中被强制流动的电解液可以在渗透到网格型支架302的壁的同时流动。
可以仅液流阳极303布置在液流阴极301的附近，或者液流阳极303或电解液流动通道316可以布置在液流阴极301的附近。以相同的方式，可以仅液流阴极301布置在液流阳极303的附近，或者液流阴极301或电解液流动通道316可以布置在液流阳极303的附近。
在实施例9中，液流阴极301和液流阳极303在电解液流动通道316附近呈彼此相对的形式，同时液流阴极301和液流阳极303沿对角线方向布置。此外，电解液流动通道316沿对角线方向布置。
更具体地说，在位于相邻的液流阴极301和液流阳极303之间的网格型支架302的壁中，发生阴离子和阳离子的运动。由于阴离子和阳离子的运动发生在整个网格型支架302中，电容式液流电极装置300的容量大大增加。此外，电解液流动通道316用于连续地供应电解液。
也可以使用实施例9的结构来布置结构，以具有除实施例1以外的实施例2至8的结构。
图12示出了根据本发明的实施例10的电容式液流电极装置400。与图1的电容式液流电极装置200不同，在电容液流电极装置400中，网格型支架402用作移动离子的结构，并且电解液的运动由电解液流动通道416引起。
如图12所示，网格型支架402是在其中形成有多个具有矩形截面的穿孔通道的网格型结构。除了矩形截面之外，所述通道可以形成为圆形或多边形的截面。
在网格型支架402中，孔隙填充膜(其中选择性地渗透离子的涂层被涂布在多孔支撑体的孔上)可以用于形成结构的多孔支撑体。
在电容式液流电极装置400中，液流阴极401和液流阳极403布置在网格型支架的通道的内部。多孔阴极板404布置在液流阴极401中，并且多孔阳极板410布置在液流阳极403中。
包含在流经液流阴极401的电极溶液412中的阴极活性物质和包含在流经液流阳极403的电极溶液414中的阳极活性物质可以是不同的材料，但也可以使用相同的材料。
多孔阴极板404和多孔阳极板410布置为与网格型支架的通道的内壁接触。
此外，还包括电解液流动通道416。
电解液流动通道416中的电解液的运动方向与液流阴极401和液流阳极403中的电极溶液的运动方向可以相同或相反。另外，通过电解液流动通道416向液流阴极401和液流阳极403供应电解液。因此，在实施例10中，液流阴极401和液流阳极403在电解液流动通道416的附近呈彼此相对的形式，并且同时，液流阴极401和液流阳极403沿对角线方向布置。此外，电解液流动通道316沿对角线方向布置。
更具体地说，阴离子和阳离子的运动发生在位于液流阴极401和液流阳极403之间的网格型支架402的壁中。由于阴离子和阳离子的运动发生在整个网格型支架402中，电容式液流电极装置400的容量大大增加。此外，电解液流动通道416用于连续地供应电解液。
将参照图13描述根据本发明的实施例11的氧化还原液流电池装置418。在此之前，将参照图14描述氧化还原液流电池装置120的一般构造。
在氧化还原液流电池装置120中，电极溶液流经的阴极流动通道126和阳极流动通道128基于隔板130在两侧形成，并且阴极集电器122和阳极集电器124布置在各个阴极流动通道126和阳极流动通道128上。
在阴极流动通道126中，存储在阴极溶液槽132中的阴极溶液通过阴极泵134循环；并且在阳极流动通道128中，存储在阳极溶液槽136中的阳极溶液通过阳极泵138循环。作为阴极溶液和阳极溶液，通常使用包含锌离子和溴离子的电解溶液。
因此，当基于隔板130在阴极流动通道126和阳极流动通道128中发生氧化还原反应时，放电或储存电。
实现这种原理的氧化还原液流电池装置418通过包括仅渗透质子的网格型支架402、布置在网格型支架402的通道的内部的液流阴极401和液流阳极403来形成。
如图13所示，网格型支架402是在其中形成有多个具有矩形截面的穿孔通道的网格型结构。除了矩形截面之外，所述通道可以形成为圆形或多边形的截面。
在网格型支架402中，孔隙填充膜(其中选择性地渗透质子的涂层被涂布在多孔支撑体的孔上)可以用于形成结构的多孔支撑体。
在电容式液流电极装置418中，液流阴极401和液流阳极403布置在网格型支架的通道的内部。多孔阴极板404布置在液流阴极401中，并且多孔阳极板410布置在液流阳极403中。
包含在流经液流阴极401的电极溶液412中的阴极活性物质和包含在流经液流阳极403的电极溶液414中的阳极活性物质可以是不同的材料，但也可以使用相同的材料。
多孔阴极板404和多孔阳极板410布置为与网格型支架的通道的内壁接触。
如图13所示，液流阴极401和液流阳极403被布置以具有截面的方格图案(checkpattern)。因此，当质子移动通过网格型支架402时，在液流阴极401和液流阳极403中发生氧化还原反应，并从而发生充电或放电。
尽管已经参照具体说明性实施例描述了本发明，但是应当理解，本领域技术人员在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以改变或修改实施例。
附图标记说明
100、200、218、220、222、224、226、228、300、400、418：液流电极装置
102、216、316、416：电解液流动通道
104、204、304：阴极离子可交换膜
106、206、306：多孔阴极板
108、208、308：阳极离子可交换膜
110、210、308：多孔阳极板
111：阴极活性物质
112、201、301、401：液流阴极
113：阳极活性物质
114、203、303、403：液流阳极
116、118：封闭板
202、302、402：网格型支架
212、214、312、314、412、414：电极溶液

Claims (13)

1.一种液流电极结构，包括：
网格型支架，所述网格型支架具有网格型结构的截面形状并且形成具有液体可渗透壁的多个轴向延伸通道，电解液流经所述轴向延伸通道；
液流阴极，所述液流阴极包括阴极离子可交换集电器的通道以及与阴极活性物质混合的电极溶液，所述阴极离子可交换集电器的通道形成在通道型的所述液体可渗透壁的内表面上，正离子渗透穿过所述阴极离子可交换集电器的通道，所述与阴极活性物质混合的电极溶液流经由所述阴极离子可交换集电器的通道限定的内部空间；以及
液流阳极，所述液流阳极包括阳极离子可交换集电器的通道以及与阳极活性物质混合的电极溶液，所述阳极离子可交换集电器的通道形成在通道型的所述液体可渗透壁的内表面上，负离子渗透穿过所述阳极离子可交换集电器的通道，所述与阳极活性物质混合的电极溶液流经由所述阳极离子可交换集电器的通道限定的内部空间，
其中，所述液流阳极被布置为与所述液流阴极的附近接触。
2.一种液流电极结构，包括：
网格型支架，所述网格型支架具有网格型结构的截面形状并且形成具有液体可渗透壁的多个轴向延伸通道，电解液流经所述轴向延伸通道；
液流阴极，所述液流阴极包括阴极离子可交换集电器的通道以及与阴极活性物质混合的电极溶液，所述阴极离子可交换集电器的通道形成在通道型的所述液体可渗透壁的内表面上，正离子渗透穿过所述阴极离子可交换集电器的通道，所述与阴极活性物质混合的电极溶液流经由所述阴极离子可交换集电器的通道限定的内部空间；
液流阳极，所述液流阳极包括阳极离子可交换集电器的通道以及与阳极活性物质混合的电极溶液，所述阳极离子可交换集电器的通道形成在通道型的所述液体可渗透壁的内表面上，负离子渗透穿过所述阳极离子可交换集电器的通道，所述与阳极活性物质混合的电极溶液流经由所述阳极离子可交换集电器的通道限定的内部空间；以及
电解液流动通道，所述电解液流动通道是由所述液体可渗透壁的通道限定的内部空间，并且电解液流经所述电解液流动通道，
其中，所述液流阳极或所述电解液流动通道被布置为与所述液流阴极的附近接触，并且所述液流阴极或所述电解液流动通道被布置为与所述液流阳极的附近接触。
3.一种液流电极结构，包括：
网格型支架，所述网格型支架具有网格型结构的截面形状并且形成具有电极隔板的多个轴向延伸通道；
液流阴极，所述液流阴极包括多孔阴极板的通道以及与阴极活性物质混合的电极溶液，所述多孔阴极板的通道被布置为与所述网格型支架的通道的内壁表面接触，所述与阴极活性物质混合的电极溶液流经由所述多孔阴极板的通道限定的内部空间；以及
液流阳极，所述液流阳极包括多孔阳极板的通道以及与阳极活性物质混合的电极溶液，所述多孔阳极板的通道被布置为与所述网格型支架的通道的内壁表面接触，所述与阳极活性物质混合的电极溶液流经由所述多孔阳极板的通道限定的内部空间，
其中，所述液流阳极被布置为与所述液流阴极的附近接触。
4.一种液流电极结构，包括：
网格型支架，所述网格型支架具有网格型结构的截面形状并且形成具有电极隔板的多个轴向延伸通道；
液流阴极，所述液流阴极包括多孔阴极板的通道以及与阴极活性物质混合的电极溶液，所述多孔阴极板的通道被布置为与所述网格型支架的通道的内壁表面接触，所述与阴极活性物质混合的电极溶液流经由所述多孔阴极板的通道限定的内部空间；
液流阳极，所述液流阳极包括多孔阳极板的通道以及与阳极活性物质混合的电极溶液，所述多孔阳极板的通道被布置为与所述网格型支架的通道的内壁表面接触，所述与阳极活性物质混合的电极溶液流经由所述多孔阳极板的通道限定的内部空间；以及
电解液流动通道，所述电解液流动通道是由所述网格型支架的通道限定的内部空间，并且电解液流经所述电解液流动通道，
其中，所述液流阳极或所述电解液流动通道被布置为与所述液流阴极的附近接触，并且所述液流阴极或所述电解液流动通道被布置为与所述液流阳极的附近接触。
5.根据权利要求1或2所述的液流电极结构，
其中，所述阴极离子可交换集电器通过堆叠被布置为与通道型的所述液体可渗透壁的内表面接触的通道型阴极离子可交换膜和被布置为与所述通道型阴极离子可交换膜的内表面接触的多孔阴极板的通道来形成，并且
其中，所述阳极离子可交换集电器通过堆叠被布置为与通道型的所述液体可渗透壁的内表面接触的通道型阳极离子可交换膜和被布置为与所述通道型阳极离子可交换膜的内表面接触的多孔阳极板的通道来形成。
6.根据权利要求1或2所述的液流电极结构，
其中，所述阴极离子可交换集电器通过堆叠被布置为与通道型的所述液体可渗透壁的内表面接触的通道型多孔阴极板和被布置为与所述通道型多孔阴极板的内表面接触的阴极离子可交换膜的通道来形成，并且
其中，所述阳极离子可交换集电器通过堆叠被布置为与通道型的所述液体可渗透壁的内表面接触的通道型多孔阳极板和被布置为与所述通道型多孔阳极板的内表面接触的阳极离子可交换膜的通道来形成。
7.根据权利要求1或2所述的液流电极结构，其中，所述网格型支架由沸石、陶瓷或聚合材料构成。
8.根据权利要求3所述的液流电极结构，其中，所述网格型支架由渗透质子的孔隙填充膜构成。
9.根据权利要求4所述的液流电极结构，其中，所述网格型支架由渗透离子的孔隙填充膜构成。
10.根据权利要求1至4中任意一项所述的液流电极结构，其中，所述多孔阴极板和所述多孔阳极板由多孔碳板构成。
11.根据权利要求1至4中任意一项所述的液流电极结构，其中，所述通道的截面形状为圆形或多边形。
12.一种电容式液流电极装置，包括根据权利要求1、2和4中任意一项所述的液流电极结构。
13.一种氧化还原液流电池装置，包括根据权利要求3所述的液流电极结构。
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