Redox flow battery system and cell stack

H - Electricity – 01 – M

Patent

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Details

H01M 8/04 (2006.01) H01M 2/40 (2006.01) H01M 8/18 (2006.01)

Patent

CA 2317452

A redox flow battery composed of a plurality of cells in electrical series defined by a stacked and repetitive arrangement of a conductive intercell separator having a generally bipolar function, a positive electrode, an ion exchange membrane, a negative electrode and another conductive intercell separator, is operated by flowing a positive half-cell electrolyte containing reducible and oxidizable ions of a first redox couple through the compartments containing the positive electrodes and a negative half-cell electrolyte containing reducible and oxidizable ions of a second redox couple through the compartments containing the negative electrodes in cascade in a counter or equi-current mode. The difference of cell voltage between the first and the last cell of the stack is sensibly reduced and by-pass currents are substantially eliminated thus resulting in an increased overall faradic efficiency. A cell stack architecture provided with ducting for implementing the two counter current cascaded flows of the positive and negative electrolytes is described. The alternated used of cationic and anionic membranes compensate for unbalanced water transport through the membranes.

L'invention concerne un système de batterie redox à flux continu constitué d'une pluralité de cellules montées en série électrique délimitée par un arrangement empilé et répétitif d'un séparateur intercellulaire conducteur ayant généralement une fonction bipolaire, d'une électrode positive, d'une membrane échangeuse d'ions, d'une électrode négative et d'un autre séparateur intercellulaire conducteur. On met en oeuvre le système de batterie redox en faisant circuler un électrolyte de demi-pile positif contenant de ions réductibles et oxydables d'un premier couple à travers les compartiments contenant les électrodes positives, et un électrolyte de demi- pile négatif contenant de ions réductibles et oxydables d'un deuxième couple à travers les compartiments contenant les électrodes négatives en cascade dans un mode d'écoulement de courant contraire ou convergent. La différence de la tension d'élément entre la première cellule et la dernière cellule de la pile est sensiblement réduite et les courants de dérivation sont en grande partie éliminés, d'où une efficacité faradique globale accrue. On décrit une architecture à pile cellulaire munie de conduits permettant d'effectuer les deux écoulements de contre-courant en cascade des électrolytes positif et négatif. L'emploi alterné de membranes cationiques et anioniques compense le cheminement déséquilibré de l'eau à travers les membranes.

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