液流电池内的固体减少的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请基于35u.s.c.§119要求于2015年8月19日提交的申请号为62/206,920的美国临时专利申请的优先权的权益，其通过引用整体并入本文。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用。

本公开总体涉及能量存储，并且更特别地，涉及液流电池和相关的电化学系统，该液流电池和相关的电化学系统被配置成解决了其中存在固体的问题。

背景技术：

诸如电池、超级电容器等的电化学能量存储系统已经被广泛地提出用于大规模能量存储应用。为此目的，已经考虑了包括液流电池的各种电池设计。与其它类型的电化学能量存储系统相比，由于液流电池具有将功率密度的参数和能量密度的参数彼此分开的能力，所以液流电池可以是有益的，特别是对于大规模应用而言。

液流电池通常包括在相应的电解质溶液中的负极活性物质和正极活性物质，其分别流过包含负极和正极的电化学电池中的膜或隔膜的相对侧。液流电池通过活性物质在两个半电池内部发生的电化学反应而充电或放电。如本文所使用的，术语“活性物质”、“电活性物质”、“氧化还原活性物质”或其变型将同义地指在液流电池或其它电化学能量存储系统的操作期间(即，在充电或放电期间)经历氧化态变化的物质。过渡金属及其配位化合物由于其多种氧化态而可以是特别期望的活性物质。

虽然液流电池对于大规模能量存储应用具有广阔的前景，但是它们经常受到次优能量存储性能(例如，往返能量效率)、有限的循环寿命和各种操作问题的困扰。尽管进行了大量的努力调查，但是尚未开发出在工业上可行的液流电池技术。

由于固体可能沉积在各种液流电池部件上或各种液流电池部件内并且损害液流电池的使电解质溶液循环的能力，因此液流电池内的固体形成代表一个可能特别成问题的操作问题。液流电池的隔膜内的孔也可能被循环固体堵塞，这可能类似地损害可操作性。

导致液流电池中固体形成的因素可能包括例如活性物质中的杂质、接近或超过饱和浓度的高活性物质浓度、化学或电化学副反应、不溶性缓冲物(buffers)等。在许多情况下，固体形成可能是电池化学的不可避免的后果。除非能够有效地减少液流电池中固体的形成，否则期望的活性物质系统可能会无法使用。

用于解决液流电池中存在固体的传统方法可以包括例如在线过滤器、结晶器或沉淀槽。然而，这些方法可能会不期望地导致压力的过度降低、较高的寄生负载以及缓慢的或不完全的分离。这些因素通常是不期望的，并且可能损害液流电池的最终可操作性，特别是对于大规模操作而言。此外，用于减少液流电池中的固体的一些传统方法可能需要经常停机以用于系统维护，诸如例如用于清洗或更换过滤器。

鉴于上述情况，本领域非常期望一种容易被配置成减少固体存在的液流电池及其相关方法。本公开还满足上述需要并提供相关优点。

技术实现要素：

在一些实施例中，本公开提供一种液流电池，其包括：第一半电池，其包括第一电解质溶液；第二半电池，其包括第二电解质溶液；第一流动回路，其被配置成使第一电解质溶液循环通过第一半电池；第二流动回路，其被配置成使第二电解质溶液循环通过第二半电池；以及至少一个薄板澄清器(lamellaclarifier)，其与第一半电池和第二半电池中的至少一个流体连通。在一些实施例中，旋液分离器可以用作薄板澄清器的替代物。

在一些实施例中，本公开描述用于减少液流电池中的固体的方法。该方法可以包括：将至少一个薄板澄清器放置成与包含电解质溶液的液流电池的至少一个半电池流体连通；使电解质溶液循环通过至少一个薄板澄清器和至少一个半电池；从至少一个薄板澄清器中排出包含固体的流出物；以及引导包含固体的流出物离开至少一个半电池。在一些实施例中，旋液分离器可以用作薄板澄清器的替代物。

上述内容已经相当宽泛地概述了本公开的特征，以便可以更好地理解下面的详细描述。在下文中将描述本公开的附加特征和优点。这些和其它优点及特征将从以下描述中变得更加显而易见。

附图说明

为了更全面地理解本公开及其优点，现在参考描述本公开的具体实施例的附图进行以下描述，其中：

图1示出包含单个电化学电池的说明性液流电池的示意图；

图2示出说明性薄板澄清器的示意图；

图3示出说明性旋液分离器的示意图；

图4示出包含位于液流电池的泵和半电池之间的流动回路中的自主固体分离器的说明性液流电池的示意图；

图5示出包含位于电解质容器和泵之间的流动回路中的自主固体分离器的说明性液流电池的示意图；

图6示出其中设置有辅助流动管线(secondaryflowline)的说明性液流电池的示意图；以及

图7至图9示出来自自主固体分离器的包含固体的流出物可以以各种方式被处理的说明性液流电池配置的示意图。

具体实施方式

本公开部分地涉及包含诸如薄板澄清器或旋液分离器的自主固体分离器的液流电池。本公开还部分地涉及用于使用诸如薄板澄清器或旋液分离器的自主固体分离器从液流电池去除固体的方法。

通过参考附图并结合实例的以下描述可以更容易地理解本公开，所有附图和实例构成本公开的一部分。应当理解的是，本公开不限于本文描述和/或示出的具体产品、方法、条件或参数。进一步地，本文使用的术语仅用于通过示例的方式描述特定实施例的目的，而不旨在限制，除非另有说明。类似地，除非另有明确说明，否则本文涉及组合物的任何描述均旨在表示组合物的固体形式和液体形式两者，包括含有该组合物的溶液和电解质，以及含有这样的溶液和电解质的电化学电池、液流电池和其它能量存储系统。进一步地，应当认识到的是，在本公开描述电化学电池、液流电池或其它能量存储系统的情况下，应当理解的是，同样隐含地描述电化学电池、液流电池或其它能量存储系统的操作方法。

还应当理解的是，为了清楚起见，本公开的某些特征可以在本文中以单独实施例描述，但是也可以在单个实施例中彼此组合地被提供。即，除非明显不兼容或具体不包括，否则每个单独的实施例被认为可与任何其它实施例组合，并且该组合被认为代表另一个不同的实施例。相反地，为了简明起见，在单个实施例中描述的本公开的各种特征也可以被单独地或以任何子组合提供。最后，虽然特定实施例可以被描述为一系列步骤的部分或更通用的结构的部分，但是每个步骤或子结构本身也可以被认为是独立的实施例。

除非另有说明，否则应当理解的是，列表中的每个单独元素和该列表中的单独元素的每个组合将被解释为不同的实施例。例如，表示为“a、b或c”的实施例的列表应被解释为包括实施例“a”、“b”、“c”、“a或b”、“a或c”、“b或c”或“a、b或c”。

在本公开中，冠词“一”、“一个”和“该”的单数形式还包括相应的复数个提及物，并且提及的特定数值至少包括该特定值，除非上下文另有明确说明。因此，例如，提及的“物质”是指这种物质及其等同物中的至少一种。

通常，术语“约”的使用表示可以根据通过所公开的主题所获得的期望特性而变化的近似值，并且将基于功能并根据上下文解释。因此，本领域普通技术人员将能够在个案的基础上解释一定程度的差异。在一些情况下，表达特定值时使用的重要数字的数量可以是用于确定由术语“约”允许的差异的代表性技术。在其它情况下，可以使用一系列值的渐变(gradations)来确定由术语“约”允许的差异的范围。进一步地，本公开中的所有范围都是包含性的和可组合的，并且提及范围中所述的值包括该范围内的每个值。

如以上所讨论的，非常期望一种在大规模可操作的同时保持高效率值的能量存储系统。在这方面上已经对液流电池产生重大的兴趣，但是在其操作性能方面仍有很大的改进空间。液流电池的操作之前或期间的固体形成是可能损害可操作性的一个问题。具体地，固体积聚可能损害电解质溶液循环通过液流电池和/或损坏其中的各种部件。虽然可以避免导致固体形成的一些因素，但是其它因素可能是电池化学的固有后果。虽然传统上已知了用于减少液流电池中固体的出现的若干方法，但是它们可能导致各种操作上的缺点，包括操作员可能需要至少一定程度的持续积极干预。例如，在线过滤器可能需要定期清洗或更换，以便可以发生继续分离。

本发明人发现了适于减少液流电池内的循环固体的各种可选方法。具体地，由发明人识别的方法允许以高吞吐量体积的电解质溶液进行固体的自主分离或接近自主的分离。适于在液流电池内使用的自主固体分离器包括例如薄板澄清器和旋液分离器。这些固体分离器避免压力下降和与更常用的分离技术有关的相关操作问题。此外，由于这样的固体分离器自主地或接近自主地操作，因此可以以比其它方式低得多的操作者介入程度来操作结合这些固体分离器的液流电池。作为进一步的优点，包含本文公开的自主固体分离器的液流电池可以使用由于易于形成固体而使用风险太大的活性物质和其它化学物质。例如，通过将自主固体分离器结合到液流电池中，电解质溶液可以安全地使用比其它方式更接近饱和浓度的活性物质。因此，本公开可以允许具有良好电化学性质的活性物质用于具有高操作效率的液流电池中。在进一步讨论本发明人发现的各种方法之前，将首先简要描述说明性的液流电池的配置及其操作特性，以便可以更好地理解本公开的进步。

不同于活性物质和其它组分被容置在单个组件中的典型的电池技术(例如，锂离子、镍-金属氢化物、铅-酸等)，液流电池通过包含一个或多个电化学电池的电化学堆从储存槽(即，电解质容器)输送(例如，经由泵送)氧化还原活性能量存储物质。该设计特征将电能存储系统功率与能量存储容量分开，从而允许实现相当大的设计灵活性和成本优化。图1示出包含单个电化学电池的说明性液流电池的示意图。虽然图1示出包含单个电化学电池的液流电池，但是将多个电化学电池组合在一起的方法是已知的并且将在下文中简要讨论。将自主固体分离器结合在这种液流电池内的方法也将在下文中更详细地讨论。

如图1所示，液流电池1包括电化学电池，其特征为在电化学电池的两个电极10和10'之间的隔膜20。如本文所使用的，术语“隔膜”和“膜”同义指代设置在电化学电池的正极和负极之间的离子导电且电绝缘的材料。电极10和10'由诸如金属、碳、石墨等的合适的导电材料形成，并且两种材料可以相同或不同。虽然图1已经示出电极10和10'与隔膜20间隔开，但是在一些实施例中，电极10和10'还可以被设置成直接地或间接地接触隔膜20。形成电极10和10'的材料可以是多孔的，使得它们具有用于接触包含第一活性物质30和第二活性物质40的电解质溶液的高表面积，第一活性物质30和第二活性物质40能够在氧化态和还原态之间循环。除非以某种方式解决，诸如利用本文所述的自主固体分离器，否则循环固体可以堵塞电极10和10'中或分离器20中的孔隙。

泵60影响第一电解质溶液30中的第一活性物质经由流动回路62从电解质容器50输送到电化学电池。液流电池还适当地包括含有第二电解质溶液40中的第二活性物质的第二电解质容器50'，该第二活性物质通过流动回路62'被输送到另一个半电池。第二电解质溶液40可以与第一电解质溶液30相同(但是其活性物质处于不同的氧化态)，或者其可以在组成上不同。第二泵60'可以影响第二电解质溶液40向电化学电池的输送。泵(图1中未示出)也可以被用于影响第一电解质溶液30和第二电解质溶液40从电化学电池返回到第一电解质容器50和第二电解质容器50'的输送。诸如虹吸管的影响流体输送的其它方法例如也可以适当地将第一电解质溶液30和第二电解质溶液40输送到电化学电池和从电化学电池输送出。图1中还示出了电源或负载70，其使电化学电池的电路完整并且允许用户在其操作期间收集或存储电力。

应当理解的是，图1示出特别的液流电池的具体的非限制性配置。因此，与本发明的精神一致的液流电池可以在各个方面不同于图1的配置。

如以上所指出的，多个电化学电池也可以在电化学电池堆(stack)中彼此组合，以便增加操作期间能量被存储和释放的速率。释放的能量的量由存在的活性物质的总量决定。电化学电池堆在相邻的电化学电池之间使用双极板来建立电连通，而不是在两个电池之间建立直接流体连通。用于双极板的合适材料可以包括碳、石墨、金属或其组合。双极板也可以由其中分散有导电材料的非导电聚合物制成，诸如碳颗粒或碳纤维、金属颗粒或金属纤维和/或碳纳米管。

双极板还可以具有固有的或设计的流场，其通过简单的界面接触来提供比其它方式更大的接触电解质溶液的表面积。在一些情况下，设计的流场可以被结合在双极板中，从而以期望的方式控制流动动力学。结合其中电解质溶液的流动动力学在很大程度上是不受控制的开放流场的流场结构也是可能的。提供在至少一个坐标轴上方向改变的设计的流场通常可以提供比开放流场更高效的电池操作。交指流场例如可以提供高电流密度值，同时保持电池电压处于期望的低水平。

在一些情况下，电解质溶液可以经由流体入口歧管(图1中未示出)被输送到每个电化学电池并且经由流体出口歧管(图1中未示出)从每个电化学电池收回。在一些实施例中，流体入口歧管和流体出口歧管可以经由分隔相邻电化学电池的双极板提供和收回电解质溶液。独立的歧管可以将每种电解质溶液提供给每个电化学电池的两个半电池。在更特别的实施例中，流体入口歧管和流体出口歧管可以被配置成经由双极板的相对侧面供给和收回电解质溶液。

如以上简要讨论的，本公开的液流电池可以结合自主固体分离器以减少液流电池内固体的持续形成或周期性形成。适用于本公开的自主固体分离器可以包括例如薄板澄清器和旋液分离器。选择用于给定液流电池的特定自主固体分离器可以由许多因素决定，该许多因素包括例如电池化学成分、粒度、形成的固体的量、电解质溶液的循环速率等。本领域普通技术人员通过获得本公开的益处将能够选择适用于给定应用的固体分离器。另外，本领域普通技术人员将理解如何根据需要修改给定液流电池的操作条件以适应其中的特定自主固体分离器的使用。

因此，在各个实施例中，本公开的液流电池可以包括：第一半电池，其包括第一电解质溶液；第二半电池，其包括第二电解质溶液；第一流动回路，其被配置成使第一电解质溶液循环通过第一半电池；第二流动回路，其被配置成使第二电解质溶液循环通过第二半电池；以及至少一个自主固体分离器，其与第一半电池和第二半电池中的至少一个流体连通。至少一个自主固体分离器可以与液流电池的负半电池、液流电池的正半电池、或者液流电池的负半电池和正半电池二者流体连通。

在一些实施例中，至少一个自主固体分离器可以是至少一个薄板澄清器。在其它实施例中，至少一个自主固体分离器可以是至少一个旋液分离器。在一些实施例中，一个或多个薄板澄清器和一个或多个旋液分离器可以在给定的液流电池中以任何组合的形式存在。在其它实施例中，给定的液流电池可以包含多个薄板澄清器或多个旋液分离器。选择液流电池中的至少一个自主固体分离器的特定配置可以由本领域普通技术人员并根据本公开的益处确定。对于给定应用而言无设计或操作方面的考虑，本发明人认为在本公开的大部分实施例中，薄板澄清器和旋液分离器基本上可以彼此直接替换。因此，除非存在明显的不兼容性，否则本文中描述的利用薄板澄清器的任何特定实施例可以与利用旋液分离器基本等同地实施。

因此，在更具体的实施例中，本公开的液流电池可以包括：第一半电池，其包括第一电解质溶液；第二半电池，其包括第二电解质溶液；第一流动回路，其被配置成使第一电解质溶液循环通过第一半电池；第二流动回路，其被配置成使第二电解质溶液循环通过第二半电池；以及至少一个薄板澄清器，其与第一半电池和第二半电池中的至少一个流体连通。在其它更具体的实施例中，本公开的液流电池可以包括：第一半电池，其包括第一电解质溶液；第二半电池，其包括第二电解质溶液；第一流动回路，其被配置成使第一电解质溶液循环通过第一半电池；第二流动回路，其被配置成使第二电解质溶液循环通过第二半电池；以及至少一个旋液分离器，其与第一半电池和第二半电池中的至少一个流体连通。

在更详细地讨论本公开的各个实施例之前，特别是讨论一个或多个自主固体分离器可以被部署在液流电池内的示例性位置之前，首先将提供对薄板澄清器和旋液分离器的简要讨论，从而可以更好地理解本公开。

通常，薄板澄清器包括相对于地表面倾斜的多个平行板。这样的平行板配置提供用于发生固体沉淀的高表面积，从而允许具有降低的固体含量的流体相从薄板澄清器的流出位置排出。当流体相通过板上时，固体在板上积聚并在重力的作用下落到板的低点，使得它们不会破坏正常的流体流动路径。然后，如下文所讨论的，固体可以进一步沉淀在诸如料斗或漏斗的积聚区域中，固体可以被从积聚区域中去除或随后处理。

图2示出说明性薄板澄清器的示意图。如图2所示，薄板澄清器70包括流体连接到槽76内部的流入位置72和流出位置74。流入位置72和流出位置74可以构成其中设置薄板澄清器70的流动回路的一部分(例如，参见下面的图4和图5)。槽76内有多个平行板78，它们相对于地表面倾斜并大致平行于槽76中的流体流动的方向(由图2中的虚线箭头表示)。在操作期间，固体在平行板78上收集并在重力作用下向下落到平行板78上。当沿平行板78下落时，固体可以在料斗80中积聚，以便在通过固体出口82去除时用于后续处理。应当认识到，图2简单地提供说明性的薄板澄清器配置，使得可以更好地理解本公开的实施例。在实践中，薄板澄清器的板的数量、板的倾斜度和结构物质可以变化，例如以适应特定应用的需要。

在更特别的实施例中，薄板澄清器可以包括约3至约100个平行板，或约4至约50个平行板，或约5至约20个平行板。虽然平行板可以相对于地表面基本上垂直，但是它们更通常被定向成锐角。在更特别的实施例中，平行板可以具有相对于地表面的大约30度至大约80度范围内的倾角，或者相对于地表面的大约40度至大约60度范围内的角度。可以选择相邻平行板之间的间距，使得在操作期间不会诸如由于固体积聚时相邻平行板之间的流动路径的堵塞而发生压力下降。适于构造薄板澄清器的各种部件的说明性物质可以包括例如钢或诸如聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、聚乙烯或聚丙烯的低成本塑料。

旋液分离器与薄板澄清器的不同之处在于旋液分离器利用离心力，而不是通过重力辅助沉积在平行板上而引起固体分离。如本文进一步讨论的，由于固体通常比它们的流体相更致密，因此离心分离的固体进入旋液分离器的底部以用于进一步处理，并且固体耗尽的流体相从旋液分离器的顶部被去除。

图3示出说明性旋液分离器的示意图。如图3所示，旋液分离器90具有包含圆柱形部分92和圆锥形部分94的主体。流入位置96流体地连接到主体，从而允许包含固体的流体相被引入到其中。通常，流入位置96位于圆柱形部分92上，但是在一些实施例中，其可以位于圆锥形部分94上。一旦包含固体的流体相进入圆锥形部分94，其经历自主旋转运动以在其上引起离心力。离心力导致固体从流体相分离。由于固体通常比流体相更致密，因此固体落到旋液分离器90的底部并通过固体出口98排出。相反，残留的固体耗尽的流体相在旋液分离器90的顶部并通过流出位置99排出。类似于薄板澄清器，流入位置96和流出位置99可以构成其中设置旋液分离器90的流动回路的一部分(例如，参见下面的图4和图5)。同样应当理解的是，图3简单地提供说明性的旋液分离器的配置，使得可以更好地理解本公开的实施例。

如以上所指出的，薄板澄清器或旋液分离器可以限定液流电池中的流动回路的一部分。更具体地，薄板澄清器或旋液分离器可以限定本公开的液流电池中的第一流动回路或第二流动回路中的至少一个的一部分。现在将进一步详细讨论其中可放置诸如薄板澄清器或旋液分离器的自主固体分离器的液流电池中的说明性位置。

在一些实施例中，薄板澄清器或旋液分离器可以被设置在泵和流动回路进入相应半电池的进入位置之间的流动回路中。更具体地，在至少一些实施例中，至少一个薄板澄清器或至少一个旋液分离器可以被设置在泵与第一流动回路进入第一半电池的进入位置或第二流动回路进入第二半电池的进入位置之间。这种配置如图4所示。

图4示出了包含位于液流电池的泵和半电池之间的流动回路中的自主固体分离器的说明性液流电池的示意图。将薄板澄清器或旋液分离器设置在该位置处可以提供防止固体侵入到液流电池的半电池的敏感部件(例如，电极内的间隙空间和/或位于两个半电池之间的隔膜的孔隙)内的即时的下游保护。图4具有与图1相同的许多特征，并且因此，可以通过参考图1而被更好地理解。为了清楚起见，相同的附图标记将被用于指定图1和图4以及随后的附图中的具有相同功能的部件。

参照图4，液流电池100包括位于泵60的下游和流动回路62中的负半电池的上游的自主固体分离器102(即，薄板澄清器或旋液分离器)。尽管图4已经描绘了流动回路62内的自主固体分离器102，但是应当认识到自主固体分离器102也可以存在于流动回路62'内，从而保护正半电池免于受到固体的侵入。如在下文中所讨论的，两个半电池也可以以类似的方式同时被保护。

用于自主固体分离器的其它位置是可能的，并且可以配置液流电池以满足特定应用的要求。在一些实施例中，自主固体分离器(例如，薄板澄清器或旋液分离器)可以被设置在流动回路中的泵的上游，特别是在电解质容器和泵之间。这种配置在图5中被示出，其示出包含位于电解质容器50和泵60之间的流动回路62中的自主固体分离器102的说明性液流电池200的示意图。在该位置上设置薄板澄清器或旋液分离器可以为泵60提供防止受到固体损坏的即时的下游保护。虽然一些泵(例如，隔膜泵和其它容积式泵)可以输送固体，但其它的则不然。因此，在某些情况下，可期望保护泵免受固体损坏。液流电池200的另一个半电池可以以类似的方式受到保护。通过进一步参考图1和图4及其的描述可以看出图5的另外的细节。

自主固体分离器的其它可选位置也是可能的。例如，在一些实施例中，至少一个薄板澄清器可以被设置在液流电池的第一半电池或第二半电池中。在说明性实施例中，液流电池的半电池中的双极板可以包含倾斜的通道或平面，从而在电解质溶液通过其向上循环时起到与本文公开的薄板澄清器一致的作用。

在其它可选实施例中，至少一个薄板澄清器或旋液分离器可以被设置在电解质容器中。因此，在一些实施例中，图2中所示的说明性薄板澄清器70或类似的薄板澄清器可构成图中的电解质容器50和/或50'。在该方面，应当进一步注意的是，流动回路62和62'通过图中各种液流电池部件的流入和流出的位置是示例性的并且应当被认为是非限制性的。因此，如图中当前所描绘的，在其中薄板澄清器构成电解质容器50或50'中的一个或两个或者被容置在电解质容器50或50'中的一个或两个内的情况下，电解质溶液30或40可以在除了电解质容器50和50'的底部之外的位置离开。例如，如以上参考图2所述的，流动回路62和/或62'可以被配置成使电解质溶液30和/或40在电解质容器50和/或50'内向上循环以促进固体沉淀。

虽然附图已经描绘了与液流电池的单个半电池流体连通的诸如薄板澄清器或旋液分离器的单个自主固体分离器，但是应当认识到，在一些实施例中也可以存在多个自主固体分离器。因此，在一些实施例中，自主固体分离器可以与液流电池的每个半电池流体连通。当存在多个自主固体分离器时，每个流动回路中的自主固体分离器可以是相同的或不同的。因此，在一些实施例中，薄板澄清器可以与液流电池的每个半电池流体连通，并且在其它实施例中，旋液分离器可以与液流电池的每个半电池流体连通。在其它实施例中，薄板澄清器可以与液流电池的一个半电池流体连通，并且旋液分离器可以与液流电池的另一个半电池流体连通。例如，当在每个流动回路中存在不同类型和性质的固体时，可以在每个流动回路中使用不同的自主固体分离器。每个流动回路中的薄板澄清器、旋液分离器或其它自主固体分离器的示例性位置可以包括但不限于本文所述的说明性配置的任何组合。

因此，在本公开的更具体的实施例中，至少一个薄板澄清器或至少一个旋液分离器可以与液流电池的负半电池流体连通。在可选实施例中，至少一个薄板澄清器或至少一个旋液分离器可以与液流电池的正半电池流体连通。

类似地，多个自主固体分离器可以与液流电池的一个或两个半电池流体连通。即，在一些实施例中，多个薄板澄清器、旋液分离器或其任何组合可以存在于给定液流电池中的单个流动回路内。数量、类型和位置可以被修改以满足特定应用的要求。例如，如果单个自主固体分离器不能有效去除足够量的固体和/或如果使用不同分离机构可以更有效地分离不同尺寸或密度的固体，则多个自主固体分离器可以被用于单个流动回路中。

还有其它选择可以用于使电解质溶液在包含自主固体分离器的液流电池中循环。在一些实施例中，液流电池还可以包括辅助流动管线，该辅助流动管线被配置成绕开第一流动回路或第二流动回路中的薄板澄清器或旋液分离器。例如，当在电解质溶液中不存在固体时、当固体正被从自主固体分离器去除时和/或如果需要对自主固体分离器执行维护时，可以使用辅助流动管线。

图6示出设置有辅助流动管线的说明性液流电池的示意图。图6与前述附图中的液流电池相似，并且可以通过参考前述附图而被更好地理解。如图6所示，液流电池300包括辅助流动管线104，其绕开流动回路62内的自主固体分离器102。阀106和108允许辅助流动管线104根据需要被打开或关闭，同时还关闭通过自主固体分离器102的循环。再次强调的是，图6中的自主固体分离器102的定位是说明性的，并且本文讨论的任何其它液流电池配置可以以类似的方式类似地结合辅助流动管线。

现在将更详细地说明液流电池内的自主固体分离器去除固体的处理。固体的性质(例如，尺寸、量、溶解度等)可以决定它们如何被进一步处理。在说明性实施例中，自主固体分离器的包含固体的流出物可以被引导到电解质容器(在延长的时间表内促进再溶解和/或推迟固体去除的问题直到稍后的时间)，返回到自主固体分离器的流入位置，或转移到流动回路外部的过滤系统、热源或沉淀槽。例如，将包含固体的流出物暴露于外部热源可以促进固体在升高的溶剂温度下再溶解。

在更具体的实施例中，至少一个薄板澄清器可以被配置成将包含固体的流出物排放到选自电解质容器、至少一个薄板澄清器的流入位置、流动回路外部的过滤系统、流动回路外部的热源、流动回路外部的沉淀槽或其任何组合的至少一个位置。类似地，在其它更具体的实施例中，至少一个旋液分离器可以被配置成将包含固体的流出物排放到选自电解质容器、至少一个旋液分离器的流入位置、流动回路外部的过滤系统、流动回路外部的热源、流动回路外部的沉淀槽或其任何组合的至少一个位置。

图7至图9示出其中自主固体分离器的包含固体的流出物可以以各种方式被处理的说明性液流电池配置的示意图。如图7所示，管线110和泵112被配置成将包含固体的流出物返回到液流电池400中的电解质容器50。类似地，在图8中，管线110和泵112被配置成将包含固体的流出物经由液流电池500中的流入位置返回到自主固体分离器102。即，管线110可以被配置成将包含固体的流出物再循环到自主固体分离器102。根据自主固体分离器102是否是薄板澄清器或旋液分离器，流入位置可以与所描绘的略有不同。在该方面，应当再次强调的是，所描绘的液流电池配置仅用于说明的目的，并且应当被认为是非限制性的。

在图9中，自主固体分离器102的包含固体的流出物从液流电池600中的流动回路62被向外处理。具体地，如图9中所描绘，管线110和泵112将包含固体的流出物转移到外部处理单元114。在各个实施例中，外部处理单元114例如可以是热源、过滤系统或沉淀槽。一旦固体已经在外部处理单元114中被分离，则任何剩余的电解质溶液可以经由回流管线(未示出)返回到流动回路62中的适当位置。

如附图所示，本公开的液流电池包括在每个半电池中的电极。电极用于将电流从外部电路传送到其中发生电化学能量转换的电化学电池中的位置。电极可以提供在其上发生电化学反应的表面。用于包含在液流电池内的电极中的合适的导电材料可以包括例如碳和/或诸如金、银、钛或铂的金属。其它合适的导电材料可以包括例如钢、锌、钽、钯、锡、镍、铜、铱、铑、钌、氮化硼、碳化钨、掺硼金刚石和退化掺杂半导体。在一些实施例中，金属导电材料的氧化物也可以是合适的。在一些实施例中，合适的电极可以是包含一种或多种前述材料的多孔片的形式。

在一些实施例中，本公开的液流电池可以包括含有作为配位络合物的活性物质的一种或多种电解质溶液。如本文所使用的，术语“配位络合物”和“配位化合物”是指具有通过共价键结合到一个或多个配体的金属的任何化合物。由于其可变的氧化态，非常期望过渡金属可以用于液流电池的活性物质内。可达到的氧化态之间的循环可以导致化学能转化为电能。在可选的实施例中，镧系金属可以类似地用于这方面。包含在液流电池中的特别期望的过渡金属包括例如al、cr、ti和fe。为了本公开的目的，al被认为是过渡金属。在一些实施例中，液流电池内的配位络合物可以包括至少一种儿茶酚盐或取代的儿茶酚盐配体。由于磺化儿茶酚盐配体具有促进其中存在的配位络合物的溶解性的能力，所以磺化儿茶酚盐配体可以是特别期望的配体。

可以单独地或与一种或多种儿茶酚盐配体或取代的儿茶酚盐配体组合地存在于配位络合物中的其它配体包括：例如，抗坏血酸盐、柠檬酸盐、乙醇酸盐、多元醇、葡糖酸盐、羟基链烷酸盐、乙酸盐、甲酸盐、苯甲酸盐、苹果酸盐、马来酸盐、邻苯二甲酸盐、肌氨酸盐、水杨酸盐、草酸盐、尿素、多胺、氨基酚盐、乙酰丙酮酸盐和乳酸盐。在化学上可行的情况下，应当认识到，这样的配体可以可选地被选自以下的至少一个基团取代：c1-6烷氧基、c1-6烷基、c1-6烯基、c1-6炔基、5-元或6-元芳基或杂芳基、硼酸或其衍生物、羧酸或其衍生物、氰基、卤化物、羟基、硝基、磺酸盐、磺酸或其衍生物、膦酸盐、膦酸或其衍生物、或诸如聚乙二醇的二醇。链烷酸盐包括这些配体的任何α、β和γ形式。多胺包括但不限于乙二胺、乙二胺四乙酸(edta)和二亚乙基三胺五乙酸(dtpa)。

可以存在的配体的其它实例包括单齿配体、双齿配体和/或三齿配体。可以存在于配位络合物中的单齿配体的实例包括：例如，羰基或一氧化碳、氮化物、氧代(oxo)、羟基、水、硫化物、硫醇、吡啶、吡嗪等。可以存在于配位络合物中的双齿配体的实例包括，例如，二吡啶、联吡嗪、乙二胺、二醇(包括乙二醇)等。可以存在于配位络合物中的三齿配体的实例包括：例如，三联吡啶、二亚乙基三胺、三氮杂环壬烷、三(羟甲基)氨基甲烷等。

液流电池中的活性物质可以被设置在其中活性物质被溶解的含水电解质溶液中。如本文所使用的，术语“含水电解质溶液”指的是以水为主要溶剂的均相液相，其中活性物质至少部分溶解，理想地完全溶解。该定义包括水溶液和包含作为水相的少量组分的水混溶性有机溶剂的溶液两者。

可选地在以下讨论的一种或多种表面活性剂或其它组分存在时，可以存在于含水电解质溶液中的说明性的水混溶性有机溶剂包括例如醇和二元醇。在更具体的实施例中，含水电解质溶液可以包含至少约98％重量的水。在其它更具体的实施例中，含水电解质溶液可以包含至少约55％重量的水、或至少约60％重量的水、或至少约65％重量的水、或至少约70％重量的水、或至少约75％重量的水、或至少约80％重量的水、或至少约85％重量的水、或至少约90％重量的水、或至少约95％重量的水。在一些实施例中，含水电解质溶液可以不含有水混溶性有机溶剂，并且仅由作为溶剂的水组成。

在另外的实施例中，含水电解质溶液可以包括粘度调节剂、润湿剂或其任何组合。合适的粘度调节剂可以包括例如玉米淀粉、玉米糖浆、明胶、甘油、瓜尔胶、果胶等。本领域普通技术人员将熟悉其它合适的实例。合适的润湿剂可以包括例如各种非离子表面活性剂和/或洗涤剂。在一些或其它实施例中，含水电解质溶液可进一步包括二元醇或多元醇。合适的二元醇可以包括例如乙二醇、二甘醇和聚乙二醇。合适的多元醇可以包括例如甘油、甘露醇、山梨糖醇、季戊四醇和三(羟甲基)氨基甲烷。例如，这些组分中的任何一种包含在含水电解质溶液中可以有助于促进配位络合物或类似活性物质的溶解和/或降低用于通过液流电池输送的含水电解质溶液的粘度。

除了作为活性物质的溶剂和配位络合物之外，含水电解质溶液还可以包括一种或多种可移动离子(即外来电解质)。在一些实施例中，合适的可移动离子可以包括质子、水合氢离子或氢氧根。在其它各个实施例中，除了质子、水合氢离子或氢氧根以外的可活动离子可以单独存在或与质子、水合氢离子或氢氧根组合存在。这样的可选的可移动离子可以包括，例如，碱金属或碱土金属阳离子(例如，li⁺、na⁺、k⁺、mg²⁺、ca²⁺和sr²⁺)以及卤离子(例如，f^-、cl^-或br^-)。其它合适的可移动离子可以包括：例如，铵和四烷基铵离子、硫属离子、磷酸根、磷酸氢根、膦酸根、硝酸根、硫酸根、亚硝酸根、亚硫酸根、高氯酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根及其任何组合。在一些实施例中，少于约50％的可移动离子可以构成质子、水合氢离子或氢氧根。在其它各种实施例中，少于约40％、少于约30％、少于约20％、少于约10％、少于约5％或少于约2％的可移动离子可以构成质子、水合氢离子或氢氧根。

本公开的液流电池可以提供若干小时持续时间的持续充电或放电循环。因此，它们可以用于使能量供给/需求平稳，并且提供用于稳定间歇的能源生成资产(例如，来自诸如太阳能和风能的可再生能源)的机构。然后，应当理解的是，本公开的各种实施例包括能量存储应用，该能力存储应用中这样长持续时间的充电或放电是期望的。例如，在非限制性实例中，本公开的液流电池可以连接到电网，以允许可再生能源集成、峰值负载转换、电网稳定(gridfirming)、基本负载电力生成和消耗、能量套利(energyarbitrage)、传输和分配资产延期、弱电网支持、频率调节或其任何组合。当不连接到电网时，本公开的液流电池可以用作远程营地(remotecamps)、前方作战基地(forwardoperatingbases)、离网电信(off-gridtelecommunications)、远程传感器等以及其任何组合的电源。进一步地，虽然本文的公开通常涉及液流电池，但是应当理解的是，其它电化学能量存储介质可以包含本文所述的电解质溶液和配位络合物，具体地是利用静止电解质溶液的那些电化学能量存储介质。

在一些实施例中，液流电池可以包括：第一室，其包含接触第一含水电解质溶液的负极；第二室，其包含接触第二含水电解质溶液的正极；以及隔膜，其被设置在第一电解质溶液和第二电解质溶液之间。室在电池内提供单独的容器，第一电解质溶液和/或第二电解质溶液通过该容器循环，以便接触各个电极和隔膜。每个室及其相关联的电极和电解质溶液限定相应的半电池。隔膜提供若干功能，其包括，例如，(1)用作防止第一电解质溶液和第二电解质溶液混合的屏障，(2)电绝缘以减少或防止正极和负极之间的短路，以及(3)促进正极电解质室和负极电解质室之间的离子传输，从而在充电循环和放电循环期间平衡电子传输。负极和正极提供在充电循环和放电循环期间可以发生电化学反应的表面。如本文各个附图所示的，在充电循环或放电循环期间，电解质溶液可以从单独的储存槽被输送通过相应的室。在充电循环中，电力可以被施加到电池，使得包含在第二电解质溶液中的活性物质经历一次或多次电子氧化，并且第一电解质溶液中的活性物质经历一次或多次电子还原。类似地，在放电循环中，第二活性物质被还原并且第一活性物质被氧化以生成电力。

在一些实施例中，隔膜可以是多孔膜，和/或在其它各种实施例中，隔膜可以是离聚物膜。在一些实施例中，隔膜可以由离子导电聚合物形成。无论其类型如何，隔膜或膜都可以对各种离子进行离子导电。

聚合物膜可以是阴离子导电电解质或阳离子导电电解质。在被描述为“离聚物”的情况下，该术语是指既含有电中性重复单元又含有电离重复单元的聚合物膜，其中电离重复单元是侧链并且共价结合到聚合物主链上。通常，电离单元的分数可以在约1摩尔百分比至约90摩尔百分比的范围内。例如，在一些实施例中，电离单元的含量小于约15摩尔百分比；并且在其它实施例中，离子含量较高，诸如大于约80摩尔百分比。在其它实施例中，离子含量由中间范围限定，例如，在约15摩尔百分比至约80摩尔百分比的范围内。离聚物中的电离重复单元可以包括诸如磺酸根、羧酸根等的阴离子官能团。这些官能团可以通过一价、二价或更高价的阳离子，诸如碱金属或碱土金属来平衡电荷。离聚物也可以包括含有结合或嵌入的季铵、锍、磷腈和胍残基或盐的聚合物组合物。本领域普通技术人员将熟悉适当的示例。

在一些实施例中，用作隔膜的聚合物可以包括高度氟化或全氟化的聚合物主链。用于本公开的某些聚合物可以包括四氟乙烯和一种或多种氟化的酸官能共聚单体的共聚物，在商业上可以从杜邦公司(dupont)获得作为nafion^tm全氟化聚合物电解质的聚合物。其它有用的全氟化聚合物可以包括四氟乙烯和fso2-cf2cf2cf2cf2-o-cf＝cf2的共聚物、flemion^tm和selemion^tm。

另外，还可以使用利用磺酸基团(或阳离子交换的磺酸根基团)改性的实质上非氟化的膜。这样的膜可以包括具有实质上芳族主链的那些膜，诸如聚苯乙烯、聚苯、联苯砜(bpsh)，或诸如聚醚酮和聚醚砜的热塑性塑料。

电池隔膜式多孔膜，也可用作隔膜。因为它们不具有固有的离子传导能力，所以这种膜通常利用添加剂浸渍以发挥作用。这些膜通常包含聚合物和无机填料的混合物以及开气孔。合适的聚合物可以包括例如高密度聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯(pvdf)或聚四氟乙烯(ptfe)。合适的无机填料可以包括碳化硅基体材料、二氧化钛、二氧化硅、磷化锌和二氧化铈。

隔膜也可以由聚酯、聚醚酮、聚(氯乙烯)、乙烯基聚合物和取代的乙烯基聚合物形成。这些可以单独使用或与任何先前描述的聚合物组合使用。

多孔隔膜是非导电膜，其允许经由填充有电解质的开放通道在两个电极之间转移电荷。渗透性增加活性物质穿过隔膜从一个电极到另一个电极的可能性，导致交叉污染和/或电池能量效率的降低。这种交叉污染的程度可以取决于孔的尺寸(有效直径和通道长度)和特性(疏水性/亲水性)、电解质的性质以及孔与电解质之间的润湿程度等特征。

多孔隔膜的孔径分布通常足以基本上防止两种电解质溶液之间的活性物质的交叉。合适的多孔膜可以具有在约0.001nm和20微米之间的平均孔径分布，更典型地在约0.001nm和100nm之间。多孔膜中的孔的尺寸分布可以是广泛的。换言之，多孔膜可以包含具有非常小直径(约小于1nm)的多个第一孔和具有非常大直径(约大于10微米)的多个第二孔。较大的孔径可以导致较高量的活性物质交叉。多孔膜基本上防止活性物质交叉的能力可取决于平均孔径与活性物质之间尺寸的相对差异。例如，当活性物质是配位络合物中的金属中心时，配位络合物的平均直径比多孔膜的平均孔径大约50％。另一方面，如果多孔膜具有基本均匀的孔径，则配位络合物的平均直径比多孔膜的平均孔径大约20％。同样地，当配位络合物进一步与至少一个水分子配位时，配位络合物的平均直径也会增加。具有至少一个水分子的配位络合物的直径通常被认为是流体动力学直径。在这样的实施方案中，流体动力学直径通常比平均孔径大至少约35％。当平均孔径基本均匀时，流体动力学半径可以比平均孔径大约10％。

在一些实施例中，隔膜还可以包括增强材料以获得更大的稳定性。合适的增强材料可以包括尼龙、棉、聚酯、结晶二氧化硅、结晶二氧化钛、无定形二氧化硅、无定形二氧化钛、橡胶、石棉、木材或其任何组合。

本公开的液流电池内的隔膜可以具有以下膜厚度：小于约500微米、或小于约300微米、或小于约250微米、或小于约200微米、或小于约100微米、或小于约75微米、或小于约50微米、或小于约30微米、或小于约25微米、或小于约20微米、或小于约15微米、或小于约10微米。合适的隔膜可以包括当隔膜具有100微米的厚度时，液流电池能够以大于约85％的电流效率和100ma/cm²的电流密度来运行的那些隔膜。在另外的实施例中，当隔膜具有小于约50微米的厚度时，液流电池能够以大于99.5％的电流效率来运行；当隔膜具有小于约25微米的厚度时，液流电池能够以大于99％的电流效率来运行；当隔膜具有小于约10微米的厚度时，液流电池能够以大于98％的电流效率来运行。因此，合适的隔膜包括其中液流电池能够以100ma/cm²的电流密度和大于60％的电压效率来运行的那些隔膜。在另外的实施例中，合适的隔膜可以包括其中液流电池能够以大于70％、大于80％或甚至大于90％的电压效率来运行的那些隔膜。

第一活性物质和第二活性物质通过隔膜的扩散速率可以小于约每天1×10^-5mol/cm²、或小于约每天1×10^-6mol/cm²、或小于约每天1×10^-7mol/cm²、或小于约每天1×10^-9mol/cm²、或小于约每天1×10^-11mol/cm²、或小于约每天1×10^-13mol/cm²或小于约每天1×10^-15mol/cm²。

液流电池还可以包括与第一电极和第二电极电连通的外部电路。该电路可在操作期间对液流电池充电和放电。第一活性物质、第二活性物质或这两种活性物质的净离子电荷的符号是指在运行液流电池的条件下氧化还原活性物质的氧化形式和还原形式的净离子电荷的符号。液流电池的其它示例性实施例规定：(a)第一活性物质具有相关的净正电荷或净负电荷，并且能够在系统的负运行电位范围内的电位下提供氧化形式或还原形式，使得所得到的第一活性物质的氧化形式或还原形式具有与第一活性物质相同的电荷符号(正号或负号)并且离聚物膜也具有相同符号的净离子电荷；以及(b)第二活性物质具有相关的净正电荷或净负电荷，并且能够在系统的正运行电位范围内的电位下提供氧化形式或还原形式，使得所得到的第二活性物质的氧化形式或还原形式具有与第二活性物质相同的电荷符号(正号或负号)并且离聚物膜也具有相同符号的净离子电荷；或(a)和(b)两者。第一活性物质和/或第二活性物质与离聚物膜的匹配电荷可以提供高选择性。更具体地，归因于第一活性物质或第二活性物质，电荷匹配提供的通过离聚物膜的离子的摩尔通量可以小于约3％、小于约2％、小于约1％、小于约0.5％、小于约0.2％或小于约0.1％。术语“离子的摩尔通量”是指通过离聚物膜、平衡与外部电/电子的流动相关的电荷的离子的量。即，液流电池能够在离聚物膜将活性物质基本排除的情况下运行或工作，并可以通过电荷匹配来促进这种排除。

本公开的液流电池可以具有以下操作特征中的一个或多个：(a)其中，在液流电池的运行期间，第一活性物质或第二活性物质包含的通过离聚物膜的离子的摩尔通量小于约3％；(b)其中，往返电流效率大于约70％、大于约80％或大于约90％；(c)其中往返电流效率大于约90％；(d)其中第一活性物质、第二活性物质或这两种活性物质的净离子电荷的符号在活性物质的氧化形式和还原形式中相同并且与离聚物膜的净离子电荷的符号匹配；(e)其中离聚物膜的厚度小于约100μm、小于约75μm、小于约50μm、或小于约250μm；(f)其中液流电池能够在大于约60％的往返电压效率的情况下以大于约100ma/cm²的电流密度运行；以及(g)其中电解质溶液的能量密度大于约10wh/l、大于约20wh/l或大于约30wh/l。

在一些情况下，用户可能期望提供高于单个电池单元可用的充电电压或放电电压。在这样的情况下，若干电池单元可以串联连接，使得每个电池的电压是相加的。这形成双极堆，也被称作电化学电池堆。如本文所讨论的，双极板可以用于连接双极堆中的相邻电化学电池，从而允许电子传输并防止相邻电池之间的流体或气体传输。各个电池的正极隔室和负极隔室可以经由在双极堆中的公共正极流体歧管和负极流体歧管流体连接。以该方式，各个电池可以被串联堆叠以产生适用于dc应用或转换为ac应用的电压。

在另外的实施例中，电池单元、电池堆或电池可以被结合在更大的能量存储系统中，适当地包括用于这些大单元的操作的管道和控制件。适于这种系统的管道、控制件和其它设备是本领域已知的，并且可以包括例如与各个室流体连通的管道和泵，以用于将电解质溶液移进和移出用于容纳充电的电解质和放电的电解质的各个室和储存槽。本公开的电池单元、电池堆或电池还可以包括操作管理系统。操作管理系统可以是诸如计算机或微处理器的任何合适的控制器装置，并且可以包含设置各种阀、泵、循环回路等中的任何一个的操作的逻辑电路。

在更具体的实施例中，液流电池系统可以包括：液流电池(包括电池单元或电池堆)；用于容纳和传输电解质溶液的储存槽和管道；控制硬件和控制软件(其可以包括安全系统)；以及电力调节单元。液流电池的电池堆实现充电循环和放电循环的转换并且确定峰值电力。储存槽容纳诸如本文公开的配位络合物的正极活性物质和负极活性物质，并且槽容积决定存储在系统中的能量的量。控制软件、硬件和可选的安全系统适当地包括传感器、缓解设备和其它电子/硬件控制件和保护措施，以确保液流电池系统的安全、自主和高效的运行。电力调节单元可以用在能量存储系统的前端，以将输入电力和输出电力转换成对于能量存储系统或应用的最佳的电压和电流。对于连接到电网的能量存储系统的示例，在充电循环中，电力调节单元可以将输入的ac电转换为对于电池堆的合适的电压和电流的dc电。在放电循环中，电池堆产生dc电力，并且电力调节单元将dc电力转换为对于电网应用的合适的电压和频率的ac电力。

在上文中没有另外限定或本领域普通技术人员不理解的情况下，以下段落中的限定将适用于本公开。

如本文所使用的，术语“能量密度”是指活性物质中每单位体积能存储的能量的量。能量密度是指能量存储的理论能量密度并且可由等式1计算：

能量密度＝(26.8a-h/mol)×ocv×[e^–](1)

其中ocv是50％荷电状态下的开路电位，(26.8a-h/mol)是法拉第常数，并且[e^–]是在99％荷电状态下存储在活性物质中的电子的浓度。在活性物质主要是用于正极电解质和负极电解质两者的原子物质或分子物质的情况下，[e^–]可以通过等式2计算：

[e^–]＝[活性物质]×n/2(2)

其中[活性物质]是负极电解质或正极电解质中活性物质的摩尔浓度中的较小的一个，并且n是每分子活性物质转移的电子数。相关术语“电荷密度”是指每种电解质包含的电荷的总量。对于给定的电解质，电荷密度可以通过等式3计算：

电荷密度＝(26.8a-h/mol)×[活性物质]×n(3)

其中[活性物质]和n如上限定。

如本文所使用的，术语“电流密度”是指在电化学电池中通过的总电流除以电池的电极的几何面积，并且通常以ma/cm²为单位。

如本文所使用的，术语“电流效率”(ieff)可以被描述为电池放电时产生的总电荷与充电期间通过的总电荷的比率。电流效率可以是液流电池的荷电状态的函数。在一些非限制性实施例中，可以在约35％至约60％的荷电状态范围下评估电流效率。

如本文所使用的，术语“电压效率”可以描述为在给定电流密度下观察到的电极电位与该电极的半电池电位的比率(×100％)。电压效率可以用于描述电池充电步骤、放电步骤或“往返电压效率”。给定电流密度下的往返电压效率(veff,rt)可以使用等式4由放电时的电池电压(v放电)和充电时的电压(v充电)来计算：

veff,rt＝v放电/v充电×100％(4)

如本文所使用的，术语“负极”和“正极”是相对于彼此限定的电极，使得在充电周期和放电周期中，负极在比正极更负的电位(并且反之亦然)下工作，或者负极被设计为或意图在比正极更负的电位(并且反之亦然)下工作，而与其工作的实际电位无关。负极可以实际上或可以实际上不在相对于可逆氢电极的负电位下工作，或者可以或可以不被设计为或意图在相对于可逆氢电极的负电位下工作。如本文所述，负极与第一电解质溶液相关联，并且正极与第二电解质溶液相关联。与负极和正极相关的电解质溶液可分别被描述为负电解质(negolytes)和正电解质(posolytes)。

因此，本公开还提供用于减少液流电池内的固体的方法。如以上所讨论的，固体可以在液流电池的使用寿命期间的不同位置或时间点处形成，并且不认为固体产生和经历减少的具体位置或时间点特别地限制于本公开的实施例。

在一些实施例中，本公开的方法可以包括：将至少一个自主固体分离器放置成与包含电解质溶液的液流电池的至少一个半电池流体连通；使电解质溶液循环通过至少一个自主固体分离器和至少一个半电池；从至少一个自主固体分离器中排出包含固体的流出物；以及引导包含固体的流出物离开至少一个半电池。在各个实施例中，至少一个自主固体分离器可以是薄板澄清器、旋液分离器或其任何组合。

在更具体的实施例中，本公开的方法可以包括：将至少一个薄板澄清器放置成与包含电解质溶液的液流电池的至少一个半电池流体连通；使电解质溶液循环通过至少一个薄板澄清器和至少一个半电池；从至少一个薄板澄清器中排出包含固体的流出物；以及引导包含固体的流出物离开至少一个半电池。在其它更具体的实施例中，本公开的方法可以包括：将至少一个旋液分离器放置成与包含电解质溶液的液流电池的至少一个半电池流体连通；使电解质溶液循环通过至少一个旋液分离器和至少一个半电池；从至少一个旋液分离器中排出包含固体的流出物；以及引导包含固体的流出物离开至少一个半电池。在更具体的实施例中，如以上所讨论的，至少一个薄板澄清器或至少一个旋液分离器可以限定液流电池内的流动回路的一部分。

本公开的方法可以进一步包括处理来自自主固体分离器的包含固体的流出物。更特别地，本公开的方法可以包括将包含固体的流出物引导到选自电解质容器、至少一个薄板澄清器或至少一个旋液分离器的流入位置、在液流电池中的流动回路的外部的过滤系统、在液流电池中的流动回路的外部的热源、在液流电池中的流动回路的外部的沉淀槽或其任何组合中的至少一个位置(例如，参见图7至图9)。如以上总体讨论，在包含固体的流出物被暴露于热源的实施例中，本公开的方法可以进一步包括再溶解至少一部分固体，并且将电解质溶液返回到液流电池。

在其它另外的实施例中，本公开的方法可以包括使电解质溶液的至少一部分转向以绕开至少一个薄板澄清器或至少一个旋液分离器。如以上所讨论，可以经由被配置成绕开至少一个薄板澄清器或至少一个旋液分离器的辅助流动管线来引起电解质溶液的转向。

虽然已经参照公开的实施例描述本公开，但是本领域技术人员将容易地理解，这些仅仅是对本公开的说明性描述。应当理解的是，在不脱离本公开的精神的情况下，可以进行各种变型。本公开可以被修改为包括之前未描述但与本公开的精神和范围相当的任何数量的变化、变型、替换或等同布置。另外，虽然已经描述本公开的各种实施例，但是应当理解的是，本公开的方面可以仅包括描述的实施例中的一些。因此，本公开被视为不受前述描述的限制。