ES2639820T3 - Ensamble de baterías de flujo rédox de hidrógeno - Google Patents
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Abstract
Un ensamble (1) de baterías de flujo rédox de hidrógeno que comprende: - una o más celdas (10) de batería, comprendiendo cada celda (10) de batería: - una cámara (100) de hidrógeno configurada para alojar una trayectoria de flujo de gas hidrógeno (101) entre una entrada (5) de hidrógeno y una salida (6) de hidrógeno; - una cámara (110) de electrolito configurada para alojar una trayectoria de flujo de electrolito (111) líquido entre una entrada (7) de electrolito y una salida (8) de electrolito; - un ensamble (120) de electrodos de membrana que comprende un electrodo (121) de hidrógeno conectado a dicha cámara (100) de hidrógeno y un electrodo (122) de electrolito conectado a dicha cámara (110) de electrolito y una membrana (123) situada entre dicha cámara (100) de hidrógeno y dicha cámara (110) de electrolito, configurándose dicho ensamble (120) de electrodos de membrana para permitir solamente una difusión de protones (200) a través de dicho ensamble (120) de electrodos de membrana entre dicho gas (101) de hidrógeno en dicha cámara (100) de hidrógeno y dicho electrolito (111) líquido en dicha cámara (110) de electrolito; - un depósito (30) de hidrógeno conectado a dicha cámara (100) de hidrógeno de dicha una o más celdas (10) de batería y configurado para retener dicho gas (101) de hidrógeno; y - un depósito (31) de electrolito conectado a dicha cámara (110) de electrolito de una o más celdas (10) de batería y configurado para retener dicho electrolito (111) líquido; caracterizado por que - dicho ensamble (1) de baterías de flujo rédox de hidrógeno está configurado además para permitir una diferencia de presión no controlada entre la presión en dicha cámara (100) de hidrógeno de dicha celda (10) de batería y la presión en dicha cámara (110) de electrolito de dicha batería (10), en el que dicha diferencia de presión se determina mediante dicha difusión de protones (200) a través de dicho ensamble (120) de electrodos de membrana durante una operación de carga (2) y/o descarga (3); y - dichas una o más celdas (10) de batería de dicho ensamble (1) de baterías de flujo rédox de hidrógeno están completamente colocadas en dicho depósito (30) de hidrógeno.
Description
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
DESCRIPCION
Ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno Campo de la invencion
La presente invencion se refiere en general a un ensamble de batenas de flujo utilizado para generar y almacenar electroqmmicamente energfa electrica, especialmente a un ensamble de batenas de flujo en el que se producen reacciones de carga y descarga en presencia de hidrogeno y de un electrolito que comprende un ion halogeno o una mezcla de iones halogenos.
Antecedentes de la invencion
Los sistemas de energfa solar o de energfa eolica, asf como las batenas de flujo, proporcionan soluciones a la necesidad cada vez mayor de generacion y almacenamiento de electricidad a bajo coste. Una batena de flujo que utiliza hidrogeno y un ion halogeno, como por ejemplo bromo, como materiales activos fue inventada en 1961 por la National Aeronautics and Space Administration. Este tipo de batena de flujo demuestra una alta densidad de potencia, es decir, puede almacenar o liberar una alta potencia por unidad de area de membrana. Una batena de flujo basada en hidrogeno y un ion halogeno puede llegar a una densidad de potencia de 10 kW.m-2, que es 20 veces mayor que la densidad de potencia de las batenas de flujo redox tfpicas de vanadio. Desde 1961, varios grupos de investigacion y empresas han investigado celdas en las que el gas reactivo de hidrogeno se mantiene a una presion constante y casi atmosferica. El gas hidrogeno liberado durante la carga del ensamble de batenas de flujo es comprimido fuera del ensamble de batenas de flujo electroqmmico por un compresor externo o se almacena a baja presion en un tanque de almacenamiento grande. Un compresor de hidrogeno es tfpicamente un dispositivo tecnicamente desafiante y ineficiente energeticamente, que requiere altos costos de compra y mantenimiento. Este uso de un compresor mecanico externo aumenta los costes asociados con el sistema, reduce su fiabilidad a largo plazo y reduce su eficacia.
El documento WO2011089518 es una solicitud de patente de Ramot de Tel-Aviv University Ltd., presentada el 24 de enero de 2011, que describe un sistema capaz de ejecutar reacciones de evolucion de hidrogeno y reacciones de oxidacion de hidrogeno en el mismo ensamble de batenas de flujo. La solicitud de patente WO2011089518 describe un sistema en el que la presion en la camara de hidrogeno se mantiene a un valor mas alto que en la camara de electrolito, asf como el metodo implementado para mantener esta diferencia de presion entre la camara de hidrogeno y la camara de halogeno dentro de una pila de pilas de la batena. El metodo descrito en WO2011089518 comprende detectar las presiones en la camara de hidrogeno y la camara de electrolito dentro de una pila de celdas de batena y adaptar la presion del electrolito que entra en la pila de celdas de batena para mantener la diferencia de presion deseada entre la camara de hidrogeno y la de electrolito dentro de la pila de celdas de la batena. Por lo tanto, la presion en la camara de electrolito se controla continuamente en funcion de la presion en la camara de hidrogeno, lo que hace complicado el uso del ensamble de batenas de flujo y requiere la implementacion de componentes adicionales tales como bombas y sensores que incrementa el coste asociado con tal ensamblaje y reduce su robustez debido a un mayor riesgo de fallo de componentes. Ademas, aunque la solicitud de patente WO2011089518 enumera las ventajas asociadas con el mantenimiento de una diferencia de presion entre la camara de hidrogeno y la camara de electrolito, se considera necesario un metodo de control que implemente un control estricto de esta diferencia de presion dentro de lfmites aceptables para evitar danos a la membrana.
El documento WO2013086100 es una solicitud de patente de Sun Catalytix Corp., presentada el 6 de diciembre de 2012 y publicada el 13 de junio de 2013, que describe un metodo que comprende pasar una corriente a traves de una celda de batena para producir una presion parcial del hidrogeno en la camara de hidrogeno de 200-250 libras- fuerza por pulgada cuadrada de calibre, es decir, una presion maxima de 18,25 bar con relacion a la ambiente. El metodo comprende ademas controlar la presion en la camara de electrolito para hacerla sustancialmente similar o en una diferencia de presion pequena predeterminada con relacion a la presion en la camara de hidrogeno. La camara de hidrogeno de cada celda de batena comprende un electrodo de hidrogeno conectado a una salida controlable que esta acoplada a un dispositivo de control que es capaz de mantener una presion predeterminada dentro de la camara de hidrogeno controlando adecuadamente esta salida. Esto requiere una intervencion manual para preseleccionar el valor de la presion en la camara de hidrogeno, lo que hace que el uso del ensamble de batenas de flujo sea menos fiable. El control de la presion en la camara de hidrogeno requiere ademas la implementacion de componentes tales como bombas y sensores, lo que aumenta los costes asociados con dicho ensamble de batenas de flujo. Aunque no se requiere un compresor de hidrogeno externo en el circuito de hidrogeno, ahora se requieren elementos similares en el circuito de electrolito para mantener la diferencia de presion dentro de lfmites aceptables para evitar danar la membrana de la celda de batena.
El documento WO2007/072096 es una solicitud de patente de H-Cella Inc., presentada el 22 de diciembre de 2006 y publicada el 28 de junio de 2007, que describe un electrodo poroso utilizado en una celda electroqmmica que funciona con una diferencia de presion diferencial elevada. En el contexto del sistema descrito en el documento WO2007/072096 se entiende una pila de combustible como un dispositivo o equipo que comprende dos electrodos,
de modo que, durante el funcionamiento de la pila de combustible, el hidrogeno reacciona sobre el anodo y el oxfgeno reacciona sobre el catodo. Con la ayuda de un agente catalftico, las moleculas de hidrogeno se dividen en protones y electrones, y los electrones que llegan al catodo se combinan con los protones y con las moleculas de oxfgeno creando agua como producto final. En el documento WO2007/072096 se indica claramente que si se 5 produce un proceso inverso a la electrolisis, es decir, si el gas hidrogeno y el gas oxfgeno reaccionan entre sf sobre los electrodos y en el curso de esto se produce corriente electrica, entonces el sistema se denomina pila de combustible. La pila de combustible descrita en el documento WO2007/072096 se basa, por tanto, en el consumo de dos gases, hidrogeno y oxfgeno, y la reaccion entre los dos gases da como resultado la produccion de agua. La diferencia que se produce entre las cantidades de gases generados en el curso de la electrolisis da como resultado 10 una diferencia de presion significativa en los dos lados de la membrana de la pila de combustible. De hecho, como la cantidad de gas H2 generado en el catodo es el doble que la cantidad de O2 generada en el anodo, la presion del gas en el lado del catodo presiona la membrana contra el anodo. Por lo tanto, la pila de combustible descrita en WO2007/072096 experimenta una alta presion de gas y una alta diferencia de presion de gas, donde la diferencia de presion diferencial se refiere a la diferencia de presion que se produce con respecto a los gases generados en el 15 espacio de los dos electrodos, y la diferencia de alta presion que se produce entre el espacio interno de la pila de combustible y el espacio exterior. El documento WO2007/072096 no describe un sistema en el que una celda resista una diferencia de presion entre un gas y un electrolito lfquido sin gas O2, donde un electrolito es una sustancia que ioniza cuando se disuelve en disolventes ionizantes adecuados y que puede transmitir corriente electrica a traves de iones cargados positiva y negativamente. Por lo tanto, la pila de combustible descrita en el documento 20 WO2007/072096 no es compatible con un ensamble de batenas de flujo basado en el consumo de un gas y un
electrolito liquido que no comprende gas O2.
La pila de combustible descrita en el documento WO2007/072096 opera con dos gases, hidrogeno y oxfgeno, y la reaccion entre los dos gases produce agua. Por lo tanto, la pila de combustible descrita en WO2007/072096 experimenta una alta presion de gas y una alta diferencia de presion de gas, donde la diferencia de presion 25 diferencial se refiere a la diferencia de presion que se produce con respecto a los gases generados en el espacio de los dos electrodos, y la diferencia de alta presion que se produce entre el espacio interno de la pila de combustible y el espacio exterior. Es evidente que un ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno no puede considerarse como una pila de combustible del tipo descrito en el documento WO2007/072096, ya que un ensamble de batenas de flujo de hidrogeno funciona con hidrogeno y un electrolito lfquido, donde el electrolito lfquido es una sustancia que 30 ioniza cuando se disuelve en disolventes ionizantes adecuados, y que puede transmitir corriente electrica a traves de iones cargados positivamente y negativamente y donde la reaccion entre el electrolito lfquido e hidrogeno produce un electrolito, pero no agua u oxfgeno gaseoso.
Es un objetivo de la presente invencion describir un ensamble de batenas de flujo que supera las deficiencias identificadas anteriormente de las herramientas existentes. Mas particularmente, es un objetivo divulgar tal ensamble 35 de batenas de flujo para generar y almacenar energfa electrica de una manera mas simple, mas robusta, mas rapida, mas eficiente, mas segura, mas confiable y mas economica.
Resumen de la invencion
De acuerdo con la presente invencion, los objetivos definidos anteriormente se realizan mediante un ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno que comprende:
40 - una o mas celdas de batena, comprendiendo cada celda de batena:
- una camara de hidrogeno configurada para alojar una trayectoria de flujo de gas hidrogeno entre una entrada de hidrogeno y una salida de hidrogeno;
- una camara de electrolito configurada para alojar una trayectoria de flujo de electrolito lfquido entre una entrada de electrolito y una salida de electrolito;
45 - un ensamble de electrodos de membrana que comprende un electrodo de hidrogeno conectado a la camara de
hidrogeno y un electrodo de electrolito conectado a la camara de electrolito y una membrana situada entre la camara de hidrogeno y la camara de electrolito configurada para permitir solamente una difusion de protones a traves del ensamble de electrodos de membrana entre el gas hidrogeno en la camara de hidrogeno y el electrolito lfquido en la camara de electrolito;
50 - un deposito de hidrogeno conectado a la camara de hidrogeno de una o mas celdas de la batena y configurado
para retener el gas de hidrogeno; y
- un deposito de electrolito conectado a la camara de electrolito de una o mas celdas de batena y configurado para retener el electrolito lfquido;
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caracterizado por que:
- el ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno esta configurado ademas para permitir una diferencia de
presion no controlada entre la presion en la camara de hidrogeno de la celda de batena y la presion en la camara de
electrolito de la celda de batena, en el que la diferencia de presion esta determinada por la difusion de protones a traves del ensamble de electrodos de membrana durante una operacion de carga y/o descarga; y
- La una o mas celdas de batena del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno estan completamente colocadas en el deposito de hidrogeno.
En general, un ensamble de batenas de flujo es un tipo de ensamble de batenas recargable en el que dos corrientes que comprenden uno o mas elementos electroactivos estan separadas por una membrana. Un ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno (reduccion-oxidacion) es un ensamble de batenas de flujo reversible con una primera corriente de material que comprende hidrogeno gaseoso y una segunda corriente de material que comprende componentes electroqmmicos disueltos en un electrolito; ambas corrientes de material estan separadas por la membrana. Dicho ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno podna ser, por ejemplo, un ensamble de
batenas de flujo de hidrogeno-halogeno, en el que los componentes electroqmmicos disueltos en un electrolito
comprenden un halogeno; o un ensamble de batenas de flujo de hidrogeno-hierro en el que estos componentes electroqmmicos comprenden hierro; o un ensamble de batenas de flujo de hidrogeno-cerio, en el que los componentes electroqmmicos comprenden cerio; o un ensamble de batenas de flujo de hidrogeno-vanadio, en el que los componentes electroqmmicos comprenden vanadio, etc. Un electrolito es una sustancia que ioniza cuando se disuelve en disolventes ionizantes adecuados, tales como por ejemplo agua. Un electrolito es un lfquido o un gel que contiene iones y puede ser descompuesto por electrolisis, y puede transmitir corriente electrica a traves de iones positivos y negativamente cargados. Esta claro que el electrolito lfquido esta sustancialmente exento de gas oxigeno, o al menos no comprende oxfgeno gaseoso en una concentracion suficiente para operar una pila de combustible. De acuerdo con la presente invencion, el electrolito liquido comprende oxigeno en fase gaseosa disuelta en el electrolito liquido preferiblemente a una concentracion inferior a 20 ppm, preferiblemente a una concentracion inferior a 10 mg/l de electrolito liquido por debajo de 1 bar y a 25°C, preferiblemente inferior a 1 mg/l de electrolito liquido por debajo de 1 bar y a 25°C, preferiblemente inferior a 100 pg/L de electrolito liquido a 1 bar y 25°C. La capacidad de almacenamiento del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno esta determinada por la cantidad de hidrogeno y electrolito que se puede almacenar, mientras que la potencia maxima permisible se determina por el area superficial de su ensamble de electrodos de membrana. Por lo tanto, para lograr un montaje de batena de flujo redox de hidrogeno con una capacidad aumentada y una potencia maxima se intentan un uso eficiente del almacenamiento, especialmente del almacenamiento de hidrogeno, y un area de superficie optima del ensamble de electrodos de membrana. El ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno segun la presente invencion es por lo tanto capaz de soportar una alta presion diferencial entre gas hidrogeno y un electrolito liquido.
De esta manera, el gas hidrogeno y el electrolito liquido pueden almacenarse en el respectivo deposito de hidrogeno y el deposito de electrolito del ensamble de batenas de flujo y pueden intercambiarse con la celda de batena con el fin de generar o capturar electricidad durante una carga o descarga. La capacidad de almacenamiento del ensamble de batenas, que es la cantidad total de energfa electrica que se puede almacenar, depende del volumen del deposito de hidrogeno y del deposito de electrolito. La capacidad de almacenamiento del ensamble de batenas se puede extender incluso mediante el uso de depositos reemplazables o intercambiables. En tal caso, el ensamble de batenas de flujo se puede recargar simplemente reconectando o intercambiando el deposito de hidrogeno y/o el deposito de electrolito con otros depositos cuyo contenido corresponde al estado cargado. El flujo de electrolito liquido desde el deposito de electrolito a la entrada de electrolito y desde la salida de electrolito de la camara de electrolito al deposito de electrolito crea un circuito electrolftico que comprende un flujo circulatorio de electrolito liquido entre el deposito de electrolito y la camara de electrolito. En este circuito de electrolito puede proporcionarse una bomba sencilla y eficiente, controlada por un sistema de control simple, para proporcionar un flujo adecuado del electrolito liquido, sin necesidad de un sistema de control de presion complejo. El flujo de gas hidrogeno podna implementarse de manera similar con un circuito de hidrogeno que comprende un flujo desde el deposito de hidrogeno a la entrada de hidrogeno y desde la salida de hidrogeno de la camara de hidrogeno al deposito de hidrogeno, creando asf un flujo circulatorio de hidrogeno entre el deposito de hidrogeno y la camara de hidrogeno. Se podna proporcionar una bomba sencilla adecuada para proporcionar un cierto flujo, aunque tambien aqm no hay necesidad de un sistema de control de presion complejo. Sin embargo, de acuerdo con una realizacion sencilla particular, la entrada de hidrogeno y la salida de hidrogeno de la camara de hidrogeno coinciden y el circuito de hidrogeno comprende una unica via de intercambio entre la camara de hidrogeno y el deposito de hidrogeno. Esto es posible ya que durante la operacion de carga y descarga la movilidad del gas hidrogeno entre la camara de hidrogeno y el deposito de hidrogeno es suficientemente grande para provocar un intercambio suficientemente grande con el deposito bajo la influencia de mecanismos de flujo de difusion y/o circuito de hidrogeno.
De esta manera, la diferencia de presion se determina libremente por la difusion de protones a traves del ensamble de electrodos de membrana durante una operacion de carga y/o descarga del ensamble de batenas de flujo. En otras palabras, la diferencia de presion entre la camara de electrolito y la camara de hidrogeno solo esta determinada por la reaccion electroqmmica en la celda de la batena. Ademas, esta claro que de esta manera la
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presion en el circuito de flujo de ftquido electrolftico que comprende la camara de electrolito permanece sustancialmente uniforme, y tambien la presion en el circuito de flujo de gas hidrogeno que comprende la camara de hidrogeno permanece sustancialmente uniforme, simplificando por ejemplo el control de la presion en la camara de hidrogeno de la celda de batena, ya que puede medirse en cualquier posicion adecuada en el circuito de hidrogeno alejado de la propia camara de hidrogeno. Incluso permite que el intercambio de gas hidrogeno en el circuito de hidrogeno hacia y desde la camara de hidrogeno sea causado por difusion sin requerir que ningun elemento activo tal como una bomba o compresor genere activamente un flujo de hidrogeno. Se permite que la presion del gas hidrogeno en la camara de hidrogeno oscile de manera no controlada, es decir libremente, entre un valor de presion mmimo predeterminado cuando el ensamble de batenas de flujo se descarga completamente y un valor de presion maximo predeterminado cuando el ensamble de batenas de flujo esta completamente cargado. Tambien se permite que la presion del ftquido electrolftico en la camara de electrolito fluctue de una manera incontrolada, es decir, libremente, con respecto a la presion en la camara de hidrogeno, sin embargo debe quedar claro que estas fluctuaciones en la presion del ftquido electrolftico son mucho menor que las fluctuaciones en la presion del gas hidrogeno. Por ejemplo, cuando esta completamente cargada, la presion del gas hidrogeno en la camara de hidrogeno puede alcanzar, por ejemplo, 800 bar, mientras que la presion en el ftquido electrolftico permanece por ejemplo por debajo de 10 bar en todos los estados operativos de la celda de batena. De esta manera, la diferencia de presion predeterminada entre la presion en la camara de hidrogeno y la presion en la camara de electrolito puede fluctuar, por ejemplo, entre 1,1 bar cuando esta totalmente descargada y 800 bar cuando esta completamente cargada o por ejemplo entre 5 bar cuando esta completamente descargada y 150 bar cuando este completamente cargada.
De esta manera, ventajosamente no se requiere ya un sistema de control de presion que reduzca la presion de hidrogeno para la camara de hidrogeno a un nivel mas bajo que el requerido para un almacenamiento optimo. Tampoco el sistema de control de presion necesita entonces aumentar la presion de hidrogeno del hidrogeno que sale de nuevo de la camara de hidrogeno a un nivel mas alto para almacenamiento adicional. Por lo tanto, ya no se requiere un lado de presion mas alto en la parte de almacenamiento y un lado de presion inferior en la parte de la celda de la batena del circuito de hidrogeno. Tampoco se requieren sistemas de control de presion alternativos que mantienen la diferencia de presion en ambos lados de la membrana de la celda de batena dentro de ftmites estrictos, por ejemplo aumentando la presion en la camara de electrolito para que coincida con la de la camara de hidrogeno. La diferencia de presion entre la presion en la camara de electrolito y la presion en la camara de hidrogeno solo esta determinada por la reaccion qmmica en la celda de batena, sin necesidad de un sistema de control de presion que comprenda por ejemplo compresores y expansores. Esto no solo simplifica la construccion del ensamble de batenas de flujo, reduciendo drasticamente los costes de fabricacion y los costes de mantenimiento del ensamble de batenas de flujo y aumentando su fiabilidad, sino que aumenta tambien la eficiencia de la celda de batena, como un sistema de control de presion que comprende elementos tales como compresores, especialmente en el circuito de hidrogeno, consume energfa electrica con una eficiencia de conversion de baja energfa. Ademas, esto no compromete la capacidad del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno puesto que cuando se carga completamente, la presion de hidrogeno se maximiza permitiendo asf un uso optimo del volumen del deposito de hidrogeno, y la potencia maxima como el area del ensamble de electrodo de membrana no es afectada. La una o mas celdas de la batena del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno y el deposito de hidrogeno estan conectadas directamente entre sft En otras palabras, no hay elemento de regulacion de presion implementado entre una o mas celdas de batena del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno y el deposito de hidrogeno. Un elemento regulador de presion comprende al menos un sensor adaptado para medir un valor de presion real y al menos un regulador de presion activo adaptado para corregir el valor de presion real a un valor de presion deseado adecuado. Por lo tanto, se permite que el hidrogeno fluya libremente desde el deposito de hidrogeno a una o mas celdas de batena de la batena de flujo redox de hidrogeno y que fluya libremente desde una o mas celdas de batena de la batena de flujo redox de hidrogeno al deposito de hidrogeno. Esto significa que el hidrogeno esta configurado para fluir entre la una o mas celdas de la batena y el deposito de hidrogeno de una manera no controlada. Por lo tanto, es evidente que se permite que la presion en el deposito de hidrogeno fluctue de una manera no controlada. Esta claro que de manera no controlada significa que no hay elemento regulador de presion que actue para adaptar el valor de presion real en el deposito de hidrogeno a un valor de presion deseado.
De esta manera, el gas hidrogeno y el electrolito liquido se pueden almacenar en estos depositos respectivos del ensamble de batenas de flujo y se pueden intercambiar con la celda de batena con el fin de generar o capturar electricidad durante una operacion de carga o descarga. La capacidad de almacenamiento del ensamble de batenas, que es la cantidad total de energfa electrica que se puede almacenar, depende del volumen del deposito de hidrogeno y del deposito de electrolito. La capacidad de almacenamiento del ensamble de batenas se puede extender incluso mediante el uso de depositos reemplazables o intercambiables. En tal caso, el ensamble de batenas de flujo se puede recargar simplemente reconectando o intercambiando el deposito de hidrogeno y/o el deposito de electrolito con otros depositos cuyo contenido corresponde al estado cargado. El flujo de electrolito ftquido desde el deposito de electrolito a la entrada de electrolito y desde la salida de electrolito de la camara de electrolito al deposito de electrolito crea un circuito electrolftico que comprende un flujo circulatorio de electrolito ftquido entre el deposito de electrolito y la camara de electrolito. En este circuito de electrolito puede proporcionarse una bomba sencilla y eficiente, controlada por un sistema de control simple, para proporcionar un flujo adecuado del electrolito ftquido, sin necesidad de un sistema de control de presion complejo. Alternativamente, se puede usar
termosifon de bucle cerrado para la circulacion del electrolito Ifquido en el ensamble de batena. El calentamiento del electrolito lfquido desencadena un movimiento convectivo del electrolito lfquido en el ensamble de la batena. El electrolito lfquido calentado se expande y se vuelve menos denso, siendo por lo tanto mas flotante que el electrolito enfriador en la parte inferior del bucle en la celda de la batena. El movimiento de conveccion del electrolito lfquido en 5 el ensamble de batenas hace que el electrolito lfquido calentado circule hacia arriba en el ensamble de batenas y el electrolito lfquido calentado sea reemplazado simultaneamente por un electrolito lfquido mas fno que circula bajo el efecto de la gravedad. El flujo de gas hidrogeno podna implementarse de manera similar con un circuito de hidrogeno que comprende un flujo desde el deposito de hidrogeno a la entrada de hidrogeno y desde la salida de hidrogeno de la camara de hidrogeno al deposito de hidrogeno, creando asf un flujo circulatorio de hidrogeno entre 10 el deposito de hidrogeno y la camara de hidrogeno. Se podna proporcionar una bomba sencilla adecuada para proporcionar un cierto flujo, aunque tambien aqm no hay necesidad de un sistema de control de presion complejo. Sin embargo, de acuerdo con una realizacion sencilla particular, la entrada de hidrogeno y la salida de hidrogeno de la camara de hidrogeno coinciden y el circuito de hidrogeno comprende una unica via de intercambio entre la camara de hidrogeno y el deposito de hidrogeno. Esto es posible ya que durante la operacion de carga y descarga la 15 movilidad del gas hidrogeno entre la camara de hidrogeno y el deposito de hidrogeno es suficientemente grande para provocar un intercambio suficientemente grande con el deposito bajo la influencia de mecanismos de flujo de difusion y/o circuito de hidrogeno. La una o mas celdas de la batena del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno y el deposito de electrolito estan conectadas directamente entre sf. En otras palabras, no hay elemento de regulacion de presion implementado entre una o mas celdas de batena del ensamble de batenas de flujo redox de 20 hidrogeno y el deposito de electrolito. Un elemento regulador de presion comprende al menos un sensor adaptado para medir un valor de presion real y al menos un regulador de presion activo adaptado para corregir el valor de presion real a un valor de presion deseado adecuado. Por lo tanto, se permite que el electrolito fluya libremente desde el deposito de electrolito a una o mas celdas de batena de la batena de flujo redox de hidrogeno y que fluya libremente de una o mas celdas de batena de la batena de flujo redox de hidrogeno al deposito de electrolito. Esto 25 significa que el electrolito esta configurado para fluir entre la una o mas celdas de la batena y el deposito de electrolito de una manera no controlada. Por lo tanto, es evidente que se permite que la presion en el deposito de electrolito fluctue de manera no controlada. Esta claro que de manera no controlada significa que no hay elemento regulador de presion que actue para adaptar el valor de presion real en el deposito de electrolito a un valor de presion deseado.
30 De esta manera, el diseno del ensamble de batenas de flujo se hace compacto, modular y robusto. Ademas, esto se puede lograr de una manera que no comprometa el nivel de seguridad de dicho ensamble de batena, ya que el circuito de hidrogeno no requiere ningun componente accionado electricamente, tal como por ejemplo un compresor que de otro modo necesita estar situado fuera del deposito de hidrogeno para razones de seguridad. Ademas, el deposito de hidrogeno, a fin de ajustarse a los requisitos legales, es a menudo el componente mas robusto del 35 ensamble de batenas y, por lo tanto, forma inherentemente una carcasa adecuada y robusta que protege las partes mas delicadas de la celda de batena, como por ejemplo la membrana.
De acuerdo con una realizacion opcional, el electrolito lfquido comprende un elemento halogeno que comprende uno o mas de los siguientes:
- fluor;
40 - cloro;
- bromo;
- yodo;
- astato;
o el electrolito lfquido comprende hierro, cerio o vanadio.
45 De esta manera, un ensamble de batenas de flujo puede basarse en una reaccion qmmica basada en hidrogeno- halogeno, o en una reaccion qmmica basada en hidrogeno, o en una reaccion qmmica basada en hidrogeno-cerio, o en una reaccion qmmica basada en hidrogeno-vanadio, o en cualquier otra reaccion qmmica basada en redox de hidrogeno adecuada. El bromuro de hidrogeno es, por ejemplo, ventajoso, ya que el bromo esta disponible en gran medida, es sencillo de producir y relativamente barato.
50 De acuerdo con una realizacion opcional:
- la camara de hidrogeno y el deposito de hidrogeno estan acoplados directamente entre sf sin un elemento de regulacion de presion de tal manera que se permita que dicha presion en la camara de hidrogeno y la presion en el deposito de hidrogeno fluctuen de manera no controlada; y/o
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- la camara de electrolito y el deposito de electrolito estan acoplados directamente entre sf sin un elemento de regulacion de presion de tal manera que se permita que la presion en la camara de electrolito y la presion en el deposito de electrolito fluctuen de manera no controlada.
La una o mas celdas de batena del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno y del deposito de hidrogeno estan conectadas directamente entre su En otras palabras, no hay elemento de regulacion de presion implementado entre una o mas celdas de batena del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno y el deposito de hidrogeno. Un elemento regulador de presion comprende al menos un sensor adaptado para medir un valor de presion real y al menos un regulador de presion activo adaptado para corregir el valor de presion real a un valor de presion deseado adecuado. Por lo tanto, se permite que el hidrogeno fluya libremente desde el deposito de hidrogeno a una o mas celdas de batena de la batena de flujo redox de hidrogeno y que libremente fluya desde una o mas celdas de batena de la batena de flujo redox de hidrogeno al deposito de hidrogeno. Esto significa que el hidrogeno esta configurado para fluir entre la una o mas celdas de la batena y el deposito de hidrogeno de una manera no controlada. Por tanto, es evidente que se permite que la presion en la camara de hidrogeno fluctue de una manera no controlada y que se permita que la presion en el deposito de hidrogeno oscile de manera no controlada. Esta claro que de manera no controlada significa que no hay elemento regulador de presion que actue para adaptar el valor de presion real en la camara de hidrogeno a un valor de presion deseado y que no hay elemento regulador de presion que actue para adaptar el valor de presion real en el deposito de hidrogeno a un valor de presion deseado. La una o mas celdas de batena del ensamble de batenas de flujo de hidrogeno y el deposito de electrolito estan conectados directamente entre sf. En otras palabras, no hay elemento de regulacion de presion implementado entre una o mas celdas de batena del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno y el deposito de electrolito. Por lo tanto, se permite que el electrolito fluya libremente desde el deposito de electrolito a una o mas celdas de batena de la batena de flujo redox de hidrogeno y que fluya libremente de una o mas celdas de batena de la batena de flujo redox de hidrogeno al deposito de electrolito. Esto significa que el electrolito esta configurado para fluir entre la una o mas celdas de la batena y el deposito de electrolito de una manera no controlada. Por lo tanto, es evidente que se permite que la presion en la camara de hidrogeno fluctue de una manera no controlada y que se permita que la presion en el deposito de electrolito fluctue de manera no controlada. Esta claro que de manera no controlada significa que no hay elemento regulador de presion que actue para adaptar el valor de presion real en la camara de electrolito a un valor de presion deseado y que no hay elemento regulador de presion que actue para adaptar el valor de presion real en el deposito de electrolito a un valor de presion deseado.
De acuerdo con una realizacion opcional, el ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno esta configurado ademas para permitir una diferencia de presion no controlada entre el deposito de hidrogeno y el deposito de electrolito, en donde la diferencia de presion se determina por la difusion de protones a traves del ensamble de electrodos de membrana durante una operacion de carga y/o descarga.
Esta claro que de esta manera el ensamble de batenas de flujo esta configurado para permitir una diferencia de presion no controlada entre el deposito de hidrogeno y el deposito de electrolito. La diferencia de presion entre el deposito de electrolito y el deposito de hidrogeno solo se determina por la reaccion qmmica en la celda de batena, es decir, por la difusion de protones durante una operacion de carga y/o descarga. De esta manera, el ensamble de batenas de flujo no requiere la implementacion de un sistema de control de presion complejo que comprende, por ejemplo, sensores de presion de alta velocidad, compresores, expansores, controladores de presion o valvulas de control proporcionales de alta velocidad, para mantener una diferencia de presion predeterminada entre el deposito de hidrogeno y el deposito de electrolito. Esto hace que el diseno y el uso del ensamble de batenas de flujo sean mas simples, mas fiables, mas eficientes y reduzcan los costes de implementacion y mantenimiento.
De acuerdo con una realizacion opcional, se permite que la presion en la camara de hidrogeno oscile de manera incontrolada entre un valor de presion mmimo predeterminado cuando la celda de la batena esta completamente descargada y un valor de presion maximo predeterminado cuando la celda de la batena esta completamente cargada.
De esta manera, la presion en la camara de hidrogeno se determina por la difusion de protones a traves del ensamble de electrodos de membrana durante una operacion de carga y/o descarga del ensamble de batenas de flujo. La presion en la camara de hidrogeno se deja fluctuar de una manera no controlada, es decir, libremente, entre un valor de presion mmimo predeterminado cuando el ensamble de batenas de flujo esta completamente descargado y un valor de presion maximo predeterminado cuando el ensamble de batenas de flujo esta completamente cargado. Ningun compresor de hidrogeno es necesario en el diseno del ensamble de batenas de flujo, lo que hace que la implementacion del ensamble de batenas de flujo sea mas simple, mas eficiente, mas segura y mas economica.
De acuerdo con una realizacion opcional, se permite que la presion en la camara de electrolito fluctue de una manera no controlada entre un valor de presion mmimo predeterminado cuando la pila de la batena esta completamente descargada y un valor de presion maximo predeterminado cuando la batena esta completamente cargada.
De esta manera, la presion en la camara de electrolito se determina por la difusion de protones a traves del ensamble de electrodos de membrana durante una operacion de carga y/o descarga del ensamble de batenas de flujo. La presion en la camara de electrolito y el deposito de electrolito tambien es sustancialmente uniforme. La presion en la camara de electrolito se deja fluctuar de manera no controlada, es decir libremente, entre un valor de 5 presion mmimo predeterminado cuando el ensamble de batenas de flujo se descarga completamente y un valor de presion maximo predeterminado cuando el ensamble de batenas de flujo esta completamente cargado. Sin embargo, debe quedar claro que estas fluctuaciones en la presion del electrolito lfquido son mucho menores que las fluctuaciones en la presion del hidrogeno gaseoso. Un sistema complicado de control de presion de sensores de presion de alta velocidad, valvulas de control proporcional, compresores complejos controlables, etc., no necesita ser 10 implementado en el circuito de flujo de electrolito entre la camara de electrolito y el deposito de electrolito para mantener una diferencia de presion predeterminada entre la camara de hidrogeno y la camara de electrolito, lo que hace el diseno de la batena de flujo mas simple, mas robusto, mas eficiente y reduce el costo. La camara de electrolito del ensamble de batenas de flujo de redox de hidrogeno y el deposito de electrolito estan conectados directamente entre sf En otras palabras, no hay elemento de regulacion de presion implementado entre la camara 15 de electrolito del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno y el deposito de electrolito. Un elemento regulador de presion comprende al menos un sensor adaptado para medir un valor de presion real y al menos un regulador de presion activo adaptado para corregir el valor de presion real a un valor de presion deseado adecuado. Por lo tanto, se permite que el electrolito fluya libremente desde el deposito de electrolito a la camara de electrolito de la batena de flujo redox de hidrogeno y que fluya libremente desde la camara de electrolito de la batena de flujo 20 de hidrogeno hacia el deposito de electrolito. Esto significa que el electrolito esta configurado para fluir entre la camara de electrolito y el deposito de electrolito de una manera no controlada. Esta claro por lo tanto que se permite que la presion en la camara de electrolito fluctue de una manera no controlada. Esta claro que de manera no controlada significa que no hay elemento regulador de presion que actue para adaptar el valor de presion real en la camara de electrolito a un valor de presion deseado.
25 De acuerdo con una realizacion opcional, el valor de presion mmimo predeterminado y el valor de presion maxima predeterminado pueden fluctuar entre 1,1 y 800 bar, preferiblemente entre 5 y 150 bar.
De esta manera, la diferencia de presion entre la camara de hidrogeno y la camara de electrolito puede alcanzar varios centenares de barras. Por lo tanto, no se necesita un compresor de hidrogeno entre el deposito de hidrogeno y la camara de hidrogeno para comprimir el hidrogeno. Por lo tanto, el diseno del ensamble de batenas de flujo es 30 mas simple, mas eficiente y menos costoso.
De acuerdo con una realizacion opcional, cada celda de batena comprende ademas:
- una membrana plana que se extiende a lo largo de un plano central y que comprende una superficie de hidrogeno situada en un lado del plano central y una superficie de electrolito situada en el lado opuesto del plano central, configurandose la membrana plana para permitir solamente la difusion de protones;
35 - una capa de difusion de hidrogeno que comprende un lado de membrana y un lado de hidrogeno opuesto y
configurado para cubrir la superficie de hidrogeno con su lado de membrana;
- el electrodo de hidrogeno que comprende ademas una superficie de contacto de electrodo de hidrogeno configurada para cubrir parcialmente el lado de hidrogeno de la capa de difusion de hidrogeno;
- la trayectoria de flujo del hidrogeno gaseoso comprende una superficie de contacto de trayecto de flujo de 40 hidrogeno configurada para cubrir parcialmente el lado de hidrogeno de la capa de difusion de hidrogeno;
- una capa de difusion electrolftica que comprende un lado de membrana y un lado de electrolito opuesto y configurado para cubrir la superficie de electrolito con su lado de membrana;
- el electrodo de electrolito que comprende ademas una superficie de contacto de electrodo de electrolito configurada para cubrir parcialmente el lado de electrolito de la capa de difusion de electrolito; y
45 - la trayectoria de flujo del electrolito lfquido comprende una superficie de contacto de trayectoria de flujo de
electrolito configurada para cubrir parcialmente el lado de electrolito de la capa de difusion de electrolito.
Cada celda de batena del ensamble de batenas de flujo comprende una pila de un electrodo de hidrogeno, una capa de difusion de hidrogeno, una membrana, una capa de difusion de electrolito y un electrodo de electrolito. Las reacciones de reduccion u oxidacion en el electrodo de hidrogeno y en el electrodo de electrolito dan como resultado 50 la generacion o el consumo de protones. La membrana bloquea el transporte de partroulas distintas de los protones, por ejemplo utilizando una diferencia de tamano entre los protones y las partroulas mas grandes. De esta manera, el gas hidrogeno y el electrolito lfquido nunca estan en contacto directo, lo que hace que el ensamble de batenas de flujo sea seguro, fiable y eficiente.
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De acuerdo con una realizacion opcional, cada celda de batena comprende ademas:
- un sellamiento situado en el area entre el electrodo de hidrogeno y el electrodo de electrolito que no esta ocupado por la membrana plana y/o la capa de difusion de hidrogeno y/o la capa de difusion de electrolito, para aislar la camara de hidrogeno de la camara de electrolito.
El sellamiento afsla la camara de hidrogeno de la camara de electrolito, dondequiera que no esten presentes la membrana, y/o la capa de difusion de hidrogeno y/o la capa de difusion de electrolito. De esta manera, el gas hidrogeno y el electrolito lfquido nunca estan en contacto directo entre sf, lo que hace que el ensamble de batenas de flujo sea seguro, fiable y eficiente. Incluso cuando una gran diferencia de presion esta presente entre la camara de hidrogeno y la camara de electrolito en el estado de carga completa, se evita la fuga aumentando asf la eficiencia de almacenamiento.
De acuerdo con una realizacion opcional, el electrodo de electrolito comprende ademas un soporte mecanico hecho de un material con un valor de resistencia a la elasticidad mayor que un umbral predeterminado de resistencia a la deformacion, de manera que se puede garantizar una deformacion maxima permisible de la membrana cuando esta en la totalidad el soporte mecanico que comprende la superficie de contacto del electrodo de electrolito y que aloja la superficie de contacto de la trayectoria de flujo de electrolito.
La membrana ejercera una fuerza en la direccion del electrodo de electrolito bajo la fuerza generada por una gran diferencia de presion entre la camara de hidrogeno y la camara de electrolito. El soporte mecanico esta hecho de un material con una rigidez de compresion adecuada para soportar los rangos de la diferencia de presion entre la camara de hidrogeno y la camara de electrolito. Preferiblemente, el electrodo de electrolito comprende asf una construccion hibrida que comprende por ejemplo un metal adecuado para proporcionar la resistencia mecanica requerida y por ejemplo grafito para garantizar una alta conductividad electrica y termica. Por lo tanto, el electrodo de electrolito del ensamble de batenas de flujo es mas robusto, sin poner en peligro sus propiedades electricas y termicas.
De acuerdo con una realizacion opcional, el umbral de lfmite de elasticidad predeterminado es mayor que 30 MPa.
De esta manera, el electrodo de electrolito del ensamble de batenas de flujo se hace mas robusto, ya que el material del electrodo de electrolito puede resistir una diferencia de presion entre la camara de hidrogeno y la camara de electrolito de hasta varios cientos de barras.
De acuerdo con una realizacion opcional, el soporte mecanico comprende:
- una superficie de soporte de membrana en contacto con la capa de difusion de electrolito y que comprende la superficie de contacto del electrodo de electrolito;
- una superficie de soporte opuesta que aloja el flujo de electrolito en forma de un canal de entrada de electrolito y un canal de salida de electrolito que se extienden ambos en el soporte mecanico desde la superficie de soporte opuesta;
- orificios pasantes de alimentacion que se extienden a traves del soporte mecanico desde el canal de entrada de electrolito y el canal de salida de electrolito a la superficie de soporte de membrana, formando de este modo la superficie de contacto de trayecto de flujo de electrolito.
De esta manera, el soporte mecanico del electrodo de electrolito del ensamble de batena de flujo comprende un canal de entrada y un canal de salida para el electrolito liquido en un lado y orificios de alimentacion que se extienden desde estos canales de entrada y salida al lado opuesto del soporte mecanico. De esta manera, el electrolito lfquido sigue el canal de entrada y fluye a traves de un primer patron de orificios pasantes para llegar a la capa de difusion electrolftica. Despues de alcanzar la capa de difusion de electrolito, el electrolito lfquido fluye de nuevo a traves de un segundo patron de orificios pasantes de alimentacion y a traves del canal de salida de vuelta al deposito de electrolito. Esto permite una construccion sencilla del soporte mecanico que permite un flujo optimo de electrolito hacia y desde la camara de electrolito cerca de la membrana.
De acuerdo con una realizacion opcional, el canal de entrada de electrolito y el canal de salida de electrolito forman una trayectoria de flujo interdigitada para el electrolito lfquido.
De esta manera, el electrolito lfquido se distribuye uniformemente sobre la superficie de contacto del electrodo de electrolito.
De acuerdo con una realizacion opcional, la celda de batena esta configurada de manera que la superficie de contacto del electrodo de electrolito es mayor que la superficie de contacto de la trayectoria de flujo de electrolito,
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preferiblemente la superficie de contacto del electrodo de electrolito es 80% o mas de la superficie de soporte de membrana.
La superficie de contacto del electrodo de electrolito es la superficie sobre la que reacciona el electrolito liquido de acuerdo con la reaccion qmmica de la media celda que implica el electrolito liquido. Esta claro que de este modo, se maximiza la superficie de contacto del electrodo de electrolito. Esto aumenta la eficiencia de la reaccion qmmica y por lo tanto aumenta la eficiencia global del ensamble de batenas de flujo. Ademas, de esta manera, la fuerza generada por la diferencia de presion entre la camara de hidrogeno y la camara de electrolito en la membrana plana se distribuye sobre una superficie mas grande de manera que se reduce la tension local sobre la superficie de contacto del electrodo de electrolito.
De acuerdo con una realizacion opcional, en el que el ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno comprende una pluralidad de celdas de batena y el electrodo de hidrogeno de al menos una de dichas celdas de batena esta acoplado al electrodo de electrolito de una siguiente celda de batena.
De esta manera, el ensamble de batenas de flujo puede comprender varias celdas de batena similares a la descrita anteriormente. La energfa electrica generada por una pluralidad de celdas de batena es mayor que la energfa electrica generada por una sola celda de batena. El electrodo de hidrogeno de al menos una de las celdas de la batena esta acoplado al electrodo de electrolito de una celda de batena adyacente. De esta manera, se pueden montar varias series de batenas del ensamble de batenas de flujo en serie.
De acuerdo con una realizacion opcional, el electrodo de hidrogeno y el electrodo de electrolito de las celdas de batena acopladas se forman como una unidad unica.
De esta manera, se pueden conectar varias celdas de la batena. Por lo tanto, el diseno de la batena de flujo es mas compacto, mas simple y menos exigente en terminos de espacio. Adicionalmente, se incrementa la eficiencia del ensamble de batenas de flujo, ya que no hay perdidas de conexion electrica entre los electrodos de las celdas adyacentes.
De acuerdo con una realizacion opcional, el ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno comprende ademas:
- bridas entre las cuales se apila la pluralidad de celdas de batena a lo largo de un eje longitudinal; y
- elementos de fijacion configurados para cooperar con las bridas de tal manera que las celdas de la batena se aseguren entre las bridas.
De esta manera, la pluralidad de celdas de batena se fija confiablemente de manera sencilla permitiendo la recogida de la energfa electrica generada en ambos extremos de la pila, lo que hace que el uso del ensamble de batenas de flujo sea intnnsecamente seguro, fiable y simple. El flujo de gas hidrogeno y electrolito liquido tambien estan aislados entre sf, lo que hace que el ensamble de batenas de flujo sea seguro y fiable.
De acuerdo con una realizacion opcional, el deposito de electrolito del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno esta completamente posicionado en el deposito de hidrogeno.
De esta manera, el diseno del ensamble de batenas de flujo se hace compacto, modular y robusto. Adicionalmente, esto asegura el nivel de seguridad de un ensamble de batenas tal como el circuito de flujo resultante del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno forma un circuito aislado. Contrariamente a una pila de combustible, es posible colocar completamente el deposito de electrolito en el deposito de hidrogeno sin arriesgar una reaccion entre hidrogeno y oxfgeno que pondna en peligro la seguridad y la integridad de un usuario del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno.
Un metodo de funcionamiento de un ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno de acuerdo con la invencion esta caracterizado por que
- el ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno permite una diferencia de presion no controlada entre la presion en la camara de hidrogeno de la celda de batena y la presion en la camara de electrolito de la celda de batena, en la que la diferencia de presion se determina por la difusion de protones a traves de la membrana de electrodo durante una operacion de carga y/o descarga; y
- la una o mas celdas de batena del ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno estan completamente colocadas en el deposito de hidrogeno.
Breve descripcion de los dibujos
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La figura 1 ilustra esquematicamente una realization de un ensamble de baterias de flujo para la generation y almacenamiento de ene^a electrica.
La figura 2 ilustra esquematicamente una realizacion de una celda de bateria de un ensamble de baterias de flujo que comprende un ensamblaje de electrodo de membrana.
La figura 3 ilustra esquematicamente una section de la camara de electrolito y el soporte mecanico de un electrodo de electrolito de la realizacion de la figura 2.
La figura 4A ilustra esquematicamente una realizacion de un soporte mecanico para un electrodo de electrolito visto desde el lado de la membrana.
La figura 4B muestra la realizacion del soporte mecanico de la figura 4A visto desde el lado opuesto.
La figura 5 ilustra esquematicamente una realizacion adicional de un ensamble de baterias de flujo que comprende una pila de celdas de bateria asegurada entre bridas.
La figura 6 ilustra esquematicamente una realizacion de un ensamble de baterias de flujo, cuyas celdas de bateria estan colocadas dentro de un deposito de hidrogeno.
La figura 7 ilustra esquematicamente la evolution de la presion en la camara de hidrogeno y la camara de electrolito durante una operation de carga y descarga del ensamble de baterias de flujo.
Description detallada de la(s) realizacion(es)
De acuerdo con una realizacion mostrada en la figura 1, un ensamble 1 de bateria de flujo comprende una celda 10 de bateria que comprende una camara 100 de hidrogeno, una camara 110 de electrolito. Entre la camara 100 de hidrogeno y la camara 110 de electrolito esta situada una membrana 123 de un ensamble 120 de electrodo de membrana que comprende ademas un electrodo 121 de hidrogeno y un electrodo 122 de electrolito. En una realizacion alternativa, el ensamble 1 de bateria de flujo comprende una pluralidad de celdas 10 de bateria similares a la celda 10 de bateria representada en la figura 1, se explicara con mas detalle a continuation con referencia a la realizacion de la figura 5. Como se muestra, la membrana 123 plana comprende un plano 4 central. El electrodo 121 de hidrogeno esta situado en un lado del plano 4 central y el electrodo 122 de electrolito esta situado en el lado opuesto del plano 4 central. Como se muestra, el electrodo 121 de hidrogeno esta situado en el mismo lado del plano 4 central que la camara 100 de hidrogeno; mientras tanto el electrodo 122 de electrolito y la camara 110 de electrolito estan ambos situados en el lado opuesto del plano 4 central.
Como se muestra adicionalmente en la figura 1, un deposito 30 de hidrogeno esta conectado a la camara 100 de hidrogeno del ensamble 1 de bateria de flujo y esta configurado para retener el gas 101 de hidrogeno. Como se muestra, podria proporcionarse una conexion unica entre la camara 100 de hidrogeno y el deposito 30 de hidrogeno, por ejemplo en forma de tubo, conducto, tubo, conector, etc. adecuados, que permite un flujo 5 de entrada de gas hidrogeno en la camara 100 de hidrogeno desde el deposito 30 de hidrogeno y un flujo 6 de salida de gas hidrogeno fuera de la camara 100 de hidrogeno al deposito 30 de hidrogeno. Sin embargo, de acuerdo con realizaciones alternativas, como se explicara mas detalladamente con referencia a la figura 2, la camara 100 de hidrogeno esta configurada para alojar una trayectoria 101 de flujo de gas de hidrogeno entre una entrada 5 de hidrogeno separada y una salida 6 de hidrogeno. Un deposito 31 de electrolito esta conectado a la camara 110 de electrolito del ensamble 1 de bateria de flujo. Como se muestra en la figura 1, se proporcionan dos conexiones entre el deposito 31 de electrolito y la camara 110 de electrolito, por ejemplo en forma de tubos, lmeas, tubos, conectores, etc. adecuados que permiten un flujo 7 de entrada de electrolito 111 halogeno liquido a la camara 110 de electrolito desde el deposito 31 de electrolito y un flujo 8 de salida de electrolito 111 halogeno liquido de la camara 110 de electrolito al deposito 110 de electrolito. La camara 110 de electrolito esta configurada de esta manera para alojar una trayectoria de flujo de electrolito 111 halogeno liquido entre una entrada 7 de electrolito y una salida 8 de electrolito.
El electrolito 111 halogeno liquido comprende un elemento halogeno, o una mezcla de elementos halogenos. El elemento halogeno es preferentemente bromo, por ejemplo en solution con una concentration volumetrica de 1 mol.L-1, que da como resultado un electrolito 111 halogeno liquido que comprende una solucion acuosa de bromuro de hidrogeno/bromo. En una realizacion alternativa, el electrolito comprende por ejemplo fluor, cloro, bromo, yodo, astato, etc., o una mezcla de tales elementos halogenos. La formation del ion tribromuro en presencia de bromo y bromuro viene dada por la ecuacion (A):
Br2 + Br~ + Br3~ (A)
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Dada la formacion favorable de tribromuro (y especies de polibromuro superiores) en la mayona de las condiciones operativas, un electrolito 111 halogeno l^quido que comprende HBr o HBr/Br2 acuoso podna por lo tanto comprender tambien una mezcla de HBr, Br3- y Br2.
El electrodo 121 de hidrogeno del ensamble 120 de electrodo de membrana esta conectado a la camara 100 de hidrogeno y el electrodo 122 de electrolito esta conectado a la camara 110 de electrolito. La diferencia de potencial entre el electrodo 122 de electrolito y el electrodo 121 de hidrogeno puede aplicarse a una carga 50 electrica, como se muestra en la figura 1. El ensamble 120 de electrodos de membrana esta configurado para permitir solamente una difusion de protones 200 a traves del ensamble 120 de electrodo de membrana entre el gas 101 de hidrogeno en la camara 100 de hidrogeno y el electrolito 111 halogeno lfquido esta en la camara 110 de electrolito.
El ensamble 1 de batena de flujo se basa en la misma celda 10 de batena para almacenar y generar energfa electrica, durante una operacion 2 de carga y una operacion 3 de descarga del ensamble 1 de batena de flujo. Durante una operacion 2 de carga del ensamblaje 1 de flujo de hidrogeno-bromo, se proporciona una solucion estabilizada de bromo (Br2) y bromuro de hidrogeno (HBr) en agua al electrodo 122 positivo, por ejemplo mediante una bomba 52. Como se muestra en la Figura 1, una bomba 52 esta situada entre el deposito 31 de electrolito y la entrada 7 de la camara 110 de electrolito con el fin de proporcionar un flujo 7 de entrada de electrolito halogeno desde el deposito 31 de electrolito a la camara 110 de electrolito y de este modo generar un flujo 8 de salida correspondiente desde la salida 8 de la camara 110 de electrolito al deposito de electrolito. La disolucion de electrolito 111 se puede bombear, por ejemplo, a traves del ensamble 1 de batena de flujo con una direccion y flujo de flujo constante o variable. Esto asegura que se proporcione un electrolito 111 halogeno lfquido nuevo y fresco desde el deposito 31 de electrolito a la camara 110 de electrolito cuando sea necesario. Durante una operacion 2 de carga o una operacion 3 de descarga del ensamble 1 de batena de flujo, un electrolito 111 halogeno lfquido con una concentracion molar entre 0,1 mol.L-1 y 1,8 mol.L-1 de Br2 y entre 0,2 mol.L-1 y 7,0 mol.L-1 de HBr esta preferiblemente presente en la camara 110 de electrolito y en el electrodo de electrolito 111 para asegurar una operacion de carga 2 optima. Como se explicara con mas detalle a continuacion, debido a la reaccion electroqmmica en la camara 110 de electrolito, durante una operacion de carga, la concentracion molar de Br2 aumentara y la concentracion molar de HBr disminuira en la camara 110 de electrolito, mientras que durante una operacion de descarga la concentracion molar de Br2 disminuira y la concentracion molar de HBr aumentara en la camara 110 de electrolito. Sin embargo, la circulacion del electrolito 111 halogeno lfquido a traves de la entrada 7 de electrolito y la salida 8 de electrolito crea un bucle de circulacion de electrolito 111 halogeno lfquido entre el electrolito 31 y la camara 110 de electrolito. Como el volumen del deposito 31 de electrolito es al menos 10 veces mayor que el volumen de la camara 110 de electrolito y el electrolito de halogeno fresco 111 circula continuamente desde el deposito 31 de electrolito a traves de la camara 110 de electrolito por medio de la bomba, cualquier cambio en las concentraciones molares mencionadas anteriormente se dividira por al menos un factor 10, ya que estas se diluiran a traves del volumen total del deposito 31 de electrolito. De acuerdo con una realizacion particular, el volumen de una camara 110 de electrolito de una celda 10 de batena es por ejemplo 1 cm3 y el volumen de un deposito de deposito 31 de electrolito conectado es por ejemplo 10 cm3.
Como se muestra en la figura 1, la bomba 52 es controlada, por ejemplo, por un controlador 51 programable. El controlador 51 programable puede ser cualquier dispositivo controlador adecuado, tal como un ordenador o microprocesador, y preferiblemente contiene un circuito logico que decide como operar la bomba 52 u otros elementos de control de flujo adecuados tales como por ejemplo valvulas, bucles de circulacion en la camara 110 de electrolito, etc. Esta claro que el circuito para el flujo de electrolito 111 halogeno lfquido puede comprender opcionalmente una o mas valvulas, sensores, monitores, o una combinacion de los mismos. Se pueden tener en cuenta los parametros medidos por sensores adecuados, tales como el valor de la diferencia de potencial entre el electrodo 122 de electrolito y el electrodo 121 de hidrogeno, la concentracion de bromo en el electrodo 122 de electrolito y en la camara 110 de electrolito, etc., puede ser tenida en cuenta por el controlador 51 programable cuando se controla la bomba 52 o cualquiera de los otros elementos de control de flujo. Segun realizaciones alternativas, el deposito 31 de electrolito podna estar conectado directamente a la camara 110 de electrolito a traves de una entrada 7 de electrolito y a traves de una salida 8 de electrolito. El electrolito 111 halogeno lfquido fluye entonces al electrodo 122 de electrolito de la camara 110 de electrolito.
El principio de funcionamiento electroqmmico general del ensamble 1 de batena de flujo se puede describir con respecto a una carga 2 y una operacion 3 de descarga. Las reacciones relevantes de carga 2/descarga 3 se describen mediante la ecuacion (R).
H2(g)+Br2(aq) — Descarga >Red n' » 2HBr(aq) (R)
E° = 1.098 V
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Donde H2 (g) es gas 101 hidrogeno, Br2 (aq) es bromo en una solucion acuosa, HBr (aq) es una solucion acuosa de bromuro de hidrogeno y E0 es el potencial estandar del electrodo Br2/Br- (1,098 V vs el electrodo estandar de hidrogeno, tambien conocido como SHE). Estas reacciones tambien pueden describirse en terminos de la reaccion de semiceldas (P) en el electrodo 122 de electrolito y la reaccion de semiceldas (N) en el electrodo 121 de hidrogeno:
Donde Br2 (aq) es bromo en una solucion acuosa, e es un electron, Br-es bromuro en una solucion acuosa, y E0 es el potencial estandar del electrodo Br2/Br- (1,098 V vs el electrodo estandar de hidrogeno, tambien conocido como SHE).
donde H2 (g) es gas hidrogeno 101, e es un electron, y H+ es un proton.
Durante una operacion 2 de carga, el electrolito 111 halogeno lfquido es por ejemplo bombeado o intercambiado de cualquier otra manera adecuada entre el deposito 31 de electrolito y la camara 110 de electrolito a traves de una entrada 7 de electrolito. El bromuro se oxida en este caso a bromo de acuerdo con la reaccion inversa (P). El electrolito cargado 111 se retira entonces de la camara 110 de electrolito a traves de una salida 8 de electrolito y se devuelve al deposito 31 de electrolito o a otro deposito. Durante la misma operacion 2 de carga, se produce hidrogeno en el electrodo 121 de hidrogeno en la camara 100 de hidrogeno de la celda 10 de batena de acuerdo con la reaccion inversa (N). Durante una operacion 3 de descarga, el electrolito 111 halogeno Kquido fluye en la camara 110 de electrolito desde el deposito 31 de electrolito al electrodo 122 de electrolito, donde el bromo esta reducido a bromuro, de acuerdo con la reaccion de avance (P). Durante la misma operacion 3 de descarga, el hidrogeno es proporcionado por el deposito 30 de hidrogeno al electrodo 121 de hidrogeno de la camara 100 de hidrogeno, donde el hidrogeno se oxida a protones de acuerdo con la reaccion de avance (N).
El ensamble de batenas de flujo comprende dos circuitos, uno para una solucion de electrolito 111 estabilizado de bromo (Br2) y bromuro de hidrogeno (HBr) en agua y otro para gas 101 de hidrogeno. Durante una operacion 2 de carga y descarga 3, como se explico anteriormente, las concentraciones de bromo (Br2) y bromuro de hidrogeno (HBr) en el electrolito liquido 111 presente en la camara 110 de electrolito cambian, exactamente igual que cambia la presion del gas 101 de hidrogeno presente en la camara 100 de hidrogeno. El ensamble 1 de batena de flujo esta configurado para permitir una diferencia de presion no controlada entre la presion en la camara 100 de hidrogeno de la celda 10 de batena y la camara 110 de electrolito de la misma celda 10 de batena. Durante una operacion 2 de carga o descarga 3, la diferencia de presion esta determinada por la difusion de los protones 200 a traves del ensamble 120 de electrodos de membrana de la celda 10 de batena. En otras palabras, la diferencia de presion entre el electrolito y la camara de hidrogeno solo esta determinada por la reaccion qmmica dentro de la celda 10 de batena. El flujo el ensamble de batenas 1 esta tambien configurado para permitir una diferencia de presion no controlada entre el deposito 30 de hidrogeno y el deposito 31 de electrolito. En otras palabras, la presion en la camara 110 de electrolito y el deposito 31 de electrolito es sustancialmente uniforme y la presion en la camara 100 de hidrogeno y el deposito 30 de hidrogeno es sustancialmente uniforme. La diferencia de presion entre el deposito 31 de electrolito y el deposito 30 de hidrogeno solo esta determinada por la reaccion qmmica en la celda 10 de batena, es decir, por la difusion de los protones 200 durante una operacion 2 de carga y/o descarga 3. La presion en la camara 100 de hidrogeno se deja fluctuar de una manera no controlada entre un valor de presion mmimo predeterminado cuando el ensamble 1 de batena de flujo es totalmente descargado y un valor de presion maximo predeterminado cuando el ensamble 1 de batena de flujo esta completamente cargado. Tambien se permite que la presion en la camara 110 de electrolito fluctue de manera no controlada con respecto a la presion en el deposito 31 de electrolito y con respecto a la presion en la camara 100 de hidrogeno, sin embargo debe quedar claro que estas fluctuaciones en la presion del lfquido electrolitico halogeno es mucho mas pequeno que las fluctuaciones en la presion del gas hidrogeno. Por ejemplo, cuando esta completamente cargada, la presion del gas hidrogeno en la camara de hidrogeno puede alcanzar, por ejemplo, 800 bar, mientras que la presion en el lfquido electrolitico permanece por debajo de 10 bar en todos los estados operativos de la celda 10 de batena. De esta manera, entre la presion en la camara 100 de hidrogeno y la presion en la camara 110 de electrolito puede fluctuar, por ejemplo,
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entre 1,1 bar cuando esta completamente descargada y 800 bar cuando esta completamente cargada o por ejemplo entre 5 bar cuando esta totalmente descargada y 150 bar cuando esta completamente cargada. Es evidente que todavfa son posibles otros ejemplos alternativos de rangos de presion, siempre y cuando en general la diferencia de presion pueda fluctuar libremente entre una diferencia de presion minima predeterminada que es una pluralidad de ordenes de magnitud inferior a una diferencia de presion maxima predeterminada.
Esta claro que, especialmente en el estado de plena carga, como la presion en la camara 100 de hidrogeno, por ejemplo 500 bar, sera sustancialmente mayor que la presion en la camara 110 de electrolito, por ejemplo 3 bar, habra una fuerza resultante de esta diferencia de presion en la membrana 123 entre la camara 100 de hidrogeno y la camara 110 de electrolito, actuando esta fuerza en la direccion del area con la presion mas baja que es la camara 110 de electrolito. Como se explicara mas adelante con referencia a la figura 2, el ensamble de electrodos de membrana se desarrolla para poder soportar tal diferencia de presion elevada entre la camara 100 de hidrogeno y la camara 110 de electrolito. De esta manera se realiza un ensamble de pila de batena simple y robusto que no requieren elementos adicionales en el circuito de hidrogeno para comprimir gas hidrogeno de baja presion desde la camara de hidrogeno hasta hidrogeno de alta presion en el deposito de hidrogeno para un almacenamiento eficiente del mineral y para la expansion del mismo gas hidrogeno de alta presion en el deposito de nuevo a una presion mas baja en la camara de hidrogeno, lo que simplifica claramente el circuito de circulacion de gas de hidrogeno. Como se muestra en la Figura 1, este circuito puede simplificarse aun mas proporcionando una unica conexion directa entre la camara 100 de hidrogeno y el deposito 30 de hidrogeno, ya que la difusion del gas de hidrogeno entre la camara 100 de hidrogeno y el deposito 30 de hidrogeno generara los intercambios de gas hidrogeno requeridos para un funcionamiento eficaz de la celda de batena.
De acuerdo con una realizacion mostrada en la figura 2, una celda 10 de batena comprende una membrana 123 plana, una capa 124 de difusion de hidrogeno, un electrodo 121 de hidrogeno, una trayectoria 101 de flujo de gas de hidrogeno, una capa 125 de difusion de electrolito, un electrodo 122 de electrolito y una trayectoria de flujo del electrolito 111 halogeno lfquido. La membrana 123 plana se extiende a lo largo de un plano 4 central y comprende una superficie 20 de hidrogeno situada en un lado del plano 4 central y una superficie 21 de electrolito situada en el lado opuesto del plano 4 central. La membrana 123 plana solo permite la difusion de protones 200 entre el electrodo 121 de hidrogeno y el electrodo 122 de electrolito. La membrana 123 plana esta hecha de un polfmero no poroso, por ejemplo copolfmeros de un esqueleto de polfmero y grupos funcionales acidos, que estan comercialmente disponibles, tales como por ejemplo Nafion®, Aciplex®, Hyflon®, Flemion®, Fumapem®. En una realizacion alternativa, las partfculas de carga con una morfologfa controlada tal como por ejemplo fosfato de zirconio pueden anadirse a la membrana 123 plana para bloquear el transporte de partfculas distintas de los protones 200, usando la diferencia de tamano entre los protones 200 y partfculas mas grandes que podnan difundirse a traves de la membrana 123 plana. La membrana 123 plana puede tener por ejemplo un refuerzo para aumentar la resistencia mecanica anadiendo, por ejemplo, componentes qrnmicos de reticulacion, reticulacion inducida por radiacion, una matriz porosa o un tejido polimerico. Las matrices o tejidos de refuerzo deben tener una resistencia qrnmica adecuada y estan hechos de materiales tales como PTFe, polipropileno, polisulfona, difluoruro de polivinilideno tambien denominado PVDF, polietileno, vidrio o carbono. El refuerzo puede tener la forma de una lamina porosa, una lamina expandida, fibrillas, fibras, no tejidos y tejidos. En la figura 2, la celda 10 de batena comprende ademas una capa 124 de difusion de hidrogeno que comprende un lado de membrana 22 y un lado 23 de hidrogeno opuesto. La capa de difusion de hidrogeno cubre la superficie 20 de hidrogeno de la membrana 123 plana con su lado de membrana 22. El electrodo 121 de hidrogeno comprende ademas una superficie de contacto de electrodo de hidrogeno que cubre parcialmente el lado 23 de hidrogeno de la capa 124 de difusion de hidrogeno. La trayectoria de flujo del gas 101 de hidrogeno comprende una superficie de contacto de trayectoria de flujo de hidrogeno 25 que cubre parcialmente el lado 23 de hidrogeno de la capa 124 de difusion de hidrogeno. La celda 10 de batena comprende ademas una capa 125 de difusion de electrolito que comprende un lado de membrana 26 y un lado 27 de electrolito opuesto. La capa 125 de difusion de electrolito cubre la superficie 21 de electrolito con su lado de membrana 26. El electrodo de electrolito 121 comprende ademas una superficie 28 de contacto de electrodo de electrolito que cubre parcialmente el lado 27 de electrolito de la capa 125 de difusion de electrolito. La trayectoria de flujo del electrolito 111 halogeno lfquido comprende una superficie 29 de contacto de trayectoria de flujo de electrolito que cubre parcialmente el lado 27 de electrolito de la capa 125 de difusion de electrolito. La capa 124 de difusion de hidrogeno y la capa 125 de difusion de electrolito estan hechas, por ejemplo, de tejidos de fibras de carbono o no tejidos con un material aglutinante. Una capa de difusion de hidrogeno adecuada 124 y una capa 125 de difusion de electrolito estan generalmente disponibles como por ejemplo fabricadas por compares tales como por ejemplo Toray, SGL, Freudenberg y Engineered Fiber Technologies. Los materiales adecuados incluyen, por ejemplo, Toray tGp-H-030, Toray TGP-H-120, SGL Sigracet 10AA, SGL Sigracet 25BC, Freudenberg H2315, Fiber Technologies Spectracarb 1050 y Engineered Fiber Technologies Spectracarb 6060. La capa de catalizador de hidrogeno y la capa de catalizador de electrolito incluyen al menos un catalizador electroqmmico, por ejemplo platino, y/o otros materiales preciosos o no metalicos, metales preciosos o metales. Los terminos capa de catalizador de hidrogeno y capa de catalizador de electrolito se refieren a capas de tal material de catalizador capaz de mejorar la eficiencia de la conversion electroqmmica respectiva en las condiciones electroqmmicas apropiadas.
Como es visible en la Fig. 2, el electrodo 122 de electrolito comprende ademas un soporte 140 mecanico. El soporte 140 mecanico esta hecho de un material electricamente conductor y poroso con el fin de permitir el transporte de
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electrones y del electrolito 111 halogeno Ifquido a la capa de catalizador electrolftico y a la membrana 123 plana. El tamano de los poros en el soporte 140 mecanico poroso se determina y se elige para ofrecer un equilibrio entre una difusion optima del electrolito 111 halogeno lfquido a traves del soporte 140 mecanico y la resistencia mecanica del soporte 140 mecanico. El diametro hidraulico es, por ejemplo, de 0,01 a 5 veces el espesor de la membrana 123 plana. La membrana 123 plana tiene, por ejemplo, un espesor en el intervalo de 0,005 mm a 0,500 mm, por ejemplo 0,050 mm. Se selecciona un diametro de poro mas pequeno para los ensambles 1 de batena de flujo que funcionan con una diferencia de presion elevada entre la camara 100 de hidrogeno y la camara 110 de electrolito, por ejemplo varios cientos de barras, para no poner en peligro la resistencia mecanica del soporte 140 mecanico. El soporte 140 mecanico, por ejemplo, puede estar hecho de metal poroso tal como titanio, tantalio o acero. De acuerdo con una realizacion alternativa, el soporte 140 mecanico puede estar hecho de la combinacion de un material compuesto de fibra de grafito o fibra de carbono y un metal poroso tal como titanio, tantalio o acero. La fibra de grafito o compuesto de fibra de carbono es preferiblemente de 2 a 20 veces mas delgada que el metal poroso, y preferiblemente de 3 a 10 veces mas blanda que el metal poroso. De acuerdo con otra realizacion alternativa, el soporte 140 mecanico tambien puede estar hecho de hojas metalicas expandidas o laminas metalicas perforadas.
El electrodo 121 de hidrogeno y el electrodo 122 de electrolito comprenden grafito. El soporte 140 mecanico comprende una combinacion de fibra de grafito o fibra de carbono y un metal poroso. La tabla siguiente resume los parametros materiales de la literatura en el campo de las ciencias de los materiales para grafito y para metales porosos adecuados implementados en una realizacion del ensamble 1 de batenas de flujo. Se estima que el modulo de Young del tantalio, del titanio y del acero estan estimados a ser un tercio del valor del modulo de Young para el material a granel. El lfmite de elasticidad o de elasticidad de un material se entiende aqu de acuerdo con su definicion en la ciencia de los materiales, es decir, como la tension a la que un material comienza a deformarse plasticamente. Antes del punto de elasticidad, el material se deformara elasticamente y volvera a su forma original cuando se elimine la tension aplicada. Una vez pasado el lfmite de elasticidad, una fraccion de la deformacion sera permanente y no reversible.
- Grafito Tantalio Titanio Acero
- Modulo de Young
- GPa 3 62 38,9 66,7
- Fuerza de rendimiento
- MPa 10 60 33,3 173,3
Bajo la fuerza generada por una gran diferencia de presion entre la camara 100 de hidrogeno y la camara 110 de electrolito, la membrana 123 ejercera una fuerza en la direccion del electrodo 122 de electrolito como se ha explicado anteriormente. Un electrodo 122 de electrolito hecho de grafito deformara mas facilmente el electrodo 122 de electrolito hecho de un metal tal como tantalio, titanio o acero. Sin embargo, la conductividad electrica de tales metales es menor que la del grafito y dana por resultado una celda de batena menos eficiente. Por esta razon, como se muestra en la figura 2, preferiblemente el electrodo 122 de electrolito comprende una combinacion de un material compuesto de fibra de grafito o de fibra de carbono y un metal poroso tal como titanio, tantalio o acero, que forman un soporte 140 mecanico para la membrana 123 de esta manera se reduce el riesgo de dano de la membrana 123 plana cuando esta soportado por el soporte 140 mecanico con un modulo y una resistencia de Young mas altos, mientras que tambien el rendimiento electrico de la celda 10 de batena debido a la mayor conductividad electrica de por ejemplo grafito en las otras regiones del electrodo de electrolito. Esto garantiza un transporte eficiente de electrones en el electrodo 122 de electrolito y la presencia de material de fibra de grafito o de material compuesto de fibra de carbono lo hace ademas mas resistente a la corrosion que si el electrodo 122 de electrolito fuera totalmente metalico.
El soporte 140 mecanico puede ser procesado con tecnicas de sinterizacion tradicionales o con procesos de fabricacion en capas tales como la sinterizacion por laser de metal directo. La principal ventaja del proceso de sinterizacion por laser de metal directo sobre un proceso de sinterizacion convencional es una mayor libertad de diseno para el diseno del soporte 140 mecanico. El proceso no requiere ninguna etapa de procesamiento adicional para incorporar poros de diferentes dimensiones o formas o entrada o canales de salida, como es visible en la figura 4B en el soporte 140 mecanico. Esto asegura que el proceso se mantenga simple, comparado con un proceso de sinterizacion tradicional.
Esta claro que otras realizaciones alternativas del soporte 140 mecanico son posibles siempre que, en general, el soporte 140 mecanico este hecho de un material con un valor de lfmite de elasticidad mayor que un umbral de lfmite de elasticidad predeterminado tal que una deformacion maxima permisible de la membrana se puede garantizar cuando esta en estado completamente cargado. Tfpicamente, este umbral predeterminado de resistencia elastica es mayor que 30 MPa.
Como es visible en la Fig. 2, la superficie de soporte de membrana del soporte 140 mecanico esta en contacto
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directo con la capa 125 de difusion de electrolito. De acuerdo con una realizacion alternativa, una capa de papel de grafito o cualquier otro material electricamente conductor adecuado puede ser colocada entre la capa 125 de difusion de electrolito y el soporte 140 mecanico. Esta capa adicional aumenta la conductividad electrica en la vecindad de la membrana 123 plana. De acuerdo con aun otra realizacion, el soporte 140 mecanico podna encapsularse en el material de grafito del electrodo 122 de electrolito.
Como es visible en la figura 2, la celda 10 de batena comprende ademas un sellamiento 130 situado en el area entre el electrodo 121 de hidrogeno y el electrodo 122 de electrolito que no esta ocupado por la membrana 123 plana y/o la capa 124 de difusion de hidrogeno y/o la capa 125 de difusion de electrolito. El sellamiento 130 esta presente para evitar que el gas 101 de hidrogeno y el electrolito 111 halogeno lfquido esten en contacto directo entre sf El sellamiento 130 es una pelfcula polimerica hecha de, por ejemplo, polietileno, polifenilenosulfuro o politetrafluoroetileno. De acuerdo con una realizacion alternativa, se puede usar una lamina metalica o un caucho, tal como por ejemplo monomero de etileno propileno-dieno (EPDM) o fluoruro de clorotrifluoroetileno-vinilideno (FKM) o fluorocarbono, para sellar la celda 10 de batena. Las laminas polimericas de metal o caucho Estan conectados preferiblemente al ensamble 120 de electrodo de membrana a traves de un proceso de laminacion. Se pueden usar diversos materiales durante el proceso de laminacion, tales como por ejemplo capas adhesivas, polfmeros termoplasticos, resinas o pelfculas de reticulacion. De acuerdo con una realizacion alternativa, el proceso de laminacion se sustituye por un proceso de moldeo por inyeccion para moldear un area de sellado en el penmetro exterior del ensamble 120 de electrodo de membrana, fuera del area electroqmmicamente activa. De acuerdo con otra realizacion alternativa, el proceso de moldeo por inyeccion se sustituye por un proceso de moldeo por transferencia. Como es visible en la figura 2, el sellamiento 130 comprende una junta que es plana. De acuerdo con una realizacion alternativa, el sellamiento 130 presenta una junta que tiene espesantes locales, que pueden estar situados alrededor de los orificios 145 pasantes de alimentacion, y que pueden tener una seccion transversal cuadrada o semicircular, o cualquier otra forma.
La figura 3 ilustra esquematicamente una seccion de la camara 110 de electrolito y el soporte 140 mecanico de un electrodo 122 de electrolito de la realizacion de la figura 2. Los componentes que tienen numeros de referencia identicos a los componentes de la figura 2 realizan la misma funcion. El soporte 140 mecanico comprende una superficie 141 de soporte de membrana en contacto con la capa 125 de difusion de electrolito y que comprende una superficie 28 de contacto de electrodo de electrolito. El soporte 140 mecanico comprende ademas una superficie 142 de soporte opuesta que aloja el flujo de electrolito 111 en forma de un canal 143 de entrada de electrolito y un canal 144 de salida de electrolito ambos que se extienden dentro del soporte 140 mecanico desde la superficie 142 de soporte opuesta. El soporte 140 mecanico comprende orificios 145 pasantes de alimentacion que se extienden a traves del soporte 140 mecanico desde el canal 143 de entrada de electrolito y el canal 144 de salida de electrolito a la superficie de soporte de la membrana 141, formando de este modo la superficie 29 de contacto de la trayectoria de flujo de electrolito. La superficie 28 de contacto del electrodo de electrolito es mas grande que la superficie 29 de contacto de la trayectoria de flujo de electrolito. Por ejemplo, la superficie 29 de contacto del electrodo de electrolito corresponde preferiblemente al 80% o mas de la superficie de la superficie 141 de soporte de membrana. Los orificios 145 pasantes de alimentacion tienen un diametro de 0,01 a 2 mm, y preferiblemente de 0,1 a 0,3 mm. Como puede verse en la figura 3, los orificios pasantes de alimentacion pueden colocarse periodicamente a lo largo de la superficie 141 de soporte de membrana, pero de acuerdo con una realizacion alternativa, los orificios 145 pasantes de alimentacion pueden distribuirse de forma no periodica sobre la superficie 141 de soporte de membrana.
De acuerdo con una realizacion mostrada en la figura 4, el soporte 140 mecanico comprende una superficie 141 de soporte de membrana que es sustancialmente plana y una superficie 28 de contacto de electrodo de electrolito en el lado opuesto, que comprende dos canales. El soporte 140 mecanico comprende ademas una superficie 142 de soporte opuesta que aloja el flujo del electrolito 111 en forma de un canal 143 de entrada de electrolito y un canal 144 de salida de electrolito ambos que se extienden dentro del soporte 140 mecanico desde la superficie 142 de soporte opuesta. El soporte 140 mecanico comprende orificios 145 pasantes de alimentacion que se extienden a traves del soporte 140 mecanico desde el canal 143 de entrada de electrolito y el canal 144 de salida de electrolito a la superficie 141 de soporte de membrana, formando de este modo la superficie 29 de contacto de trayectoria de flujo de electrolito. Los orificios 145 pasantes de alimentacion tienen un diametro de 0,01 a 2 mm, y preferiblemente de 0,1 a 0,3 mm. Como se puede ver en la figura 3, los orificios pasantes de alimentacion pueden posicionarse periodicamente a lo largo de la superficie 141 de soporte de membrana, pero de acuerdo con una realizacion alternativa, los orificios 145 pasantes de alimentacion pueden distribuirse de forma no periodica sobre la superficie 141 de soporte de membrana. El canal 143 de entrada de electrolito y el canal 144 de salida de electrolito forman una trayectoria de flujo interdigitada para el electrolito 111 halogeno lfquido. Los dos canales aseguran una macro de distribucion uniforme del electrolito 111 halogeno lfquido sobre el lado 27 de electrolito opuesto activo de la capa 125 de difusion de electrolito. Despues de fluir a traves de los orificios 145 pasantes de alimentacion y a traves de la capa 125 de difusion de electrolito y la capa de catalizador de electrolito, el electrolito 111 halogeno lfquido vuelve al soporte 140 mecanico a traves de un segundo patron de orificios pasantes 145 de alimentacion que estan conectados al canla 144 de salida de electrolito. De acuerdo con una realizacion alternativa, el soporte 140 mecanico puede comprender una pluralidad de canales 143 de entrada de electrolitos y/o canales 144 de salida de electrolito. De acuerdo con otra realizacion alternativa, el soporte 140 mecanico puede comprender un unico canal de entrada y salida de electrolito, formando de este modo el patron conocido de un "campo de flujo de serpentina".
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Como es visible en la figura 4, los orificios 145 pasantes de alimentacion son circulares, pero de acuerdo con otra realizacion, los orificios de alimentacion 145 pueden tener cualquier otra forma, tal como por ejemplo cuadrados, triangulos, rombos, etc.
De acuerdo con una realizacion mostrada en la figura 5, el ensamble 1 de batena de flujo comprende una pluralidad de celdas 10 de batena similares a la celda 10 de batena descrita en las realizaciones de las figuras 1 a 4. Cada celda 10 de batena comprende un electrodo 121 de hidrogeno, un electgrodo 122 de electrolito, un soporte 140 mecanico, una membrana 123 plana que se extiende a lo largo de un plano 4 central, una capa 124 de difusion de hidrogeno, una capa 125 de difusion de electrolito y un sellamiento 130. El electrodo 121 de hidrogeno de al menos uno de las celdas 10 de batena del ensamble 1 de batena de flujo se acoplan al electrodo 122 de electrolito de una celda 10 de batena adyacente. Como es visible en la Fig. 6, el electrodo 121 de hidrogeno de una celda 10 de batena y el electrodo 122 de electrolito de una celda 10 de batena adyacente se forman como una sola unidad. De acuerdo con una realizacion alternativa, el electrodo 121 de hidrogeno de una celda 10 de batena y el electrodo 122 de electrolito de una celda 10 de batena adyacente estan conectados, por ejemplo, con uno o mas cables conductores de la electricidad o conectados con una o mas placas electricamente conductoras. El gas 101 de hidrogeno fluye desde un deposito 30 de hidrogeno a traves de cada trayectoria 5 de flujo de entrada de hidrogeno a cada camara 100 de hidrogeno de cada una de las celdas 10 de batena y vuelve al deposito 30 de hidrogeno a traves de cada trayectoria 5 de flujo de salida de hidrogeno. El electrolito 111 halogeno lfquido fluye desde un deposito 31 de electrolito a traves de cada trayectoria 7 de flujo de entrada de electrolito a cada camara 110 de electrolito de cada una de las celdas 10 de batena. El electrolito 111 halogeno lfquido vuelve al deposito 31 de electrolito a traves de cada ruta de flujo de salida 8 de electrolito. Como es visible en la Fig. 5, el ensamble 1 de batena de flujo comprende unas bridas 30 entre las cuales se apilan la pluralidad de celdas de batena a lo largo de un eje 9 longitudinal. Como es visible en la Fig. 5, el ensamble 1 de batena de flujo comprende ademas elementos 31 de fijacion configurados para cooperar con las bridas 30 de tal manera que las celdas de la batena 10 se aseguran entre las bridas 30.
De acuerdo con una realizacion mostrada en la figura 6, el ensamble 1 de batena de flujo descrito similar a la batena de flujo descrita en la figura 1 hasta la figura 5 esta completamente posicionado en el deposito 30 de hidrogeno. El ensamble 1 de batena de flujo comprende una celda 10 de batena que comprende una camara 110 de de hidrogeno, una camara 110 de electrolito, un electrodo 121 de hidrogeno, un electrodo 122 de electrolito, un ensamble 120 de electrodo de membrana configurado para permitir una difusion de protones 200 durante una carga 2 y una operacion 3 de descarga del ensamble 1 de batena de flujo. La diferencia de potencial entre el electrodo 121 de hidrogeno y el electrodo 122 de electrolito puede aplicarse a una carga 50 electrica como se muestra en la figura 6. Un deposito 31 de electrolito esta conectado a la camara 110 de electrolito del ensamble 1 de batena de flujo y comprende un electrolito 111 halogeno lfquido. Como se muestra en la figura 6, se proporcionan dos conexiones entre el deposito 31 de electrolito y la camara 110 de electrolito, por ejemplo en forma de tubos, lmeas, tubenas, conectores adecuados, etc., lo que permite un flujo 7 de entrada de electrolito 111 halogeno lfquido en la camara 110 de electrolito desde el deposito 31 de electrolito y un flujo 8 de salida de electrolito 111 halogeno lfquido de la camara 110 de electrolito al deposito 110 de electrolito. La camara 110 de electrolito esta configurada para alojar una trayectoria de flujo del electrolito 111 halogeno lfquido entre una entrada 7 de electrolito y una salida 8 de electrolito. Un deposito 30 de hidrogeno esta conectado a la camara 100 de hidrogeno del ensamble 1 de batena de flujo y esta configurado para retener el gas 101 de hidrogeno. Como es visible en la figura 6, la camara 100 de hidrogeno esta configurada para alojar una trayectoria 101 de flujo de gas de hidrogeno entre una entrada 5 de hidrogeno separada desde un deposito 30 de hidrogeno a la camara 100 de hidrogeno y una salida 6 de hidrogeno de la camara 100 de hidrogeno al deposito 30 de hidrogeno.
De acuerdo con una realizacion mostrada en la figura 7, la evolucion de la presion en la camara 100 de hidrogeno y en la camara 110 de electrolito se muestra durante una operacion 2 de carga y una operacion 3 de descarga. Al comienzo de la operacion 2 de carga, la presion en la camara 100 de hidrogeno es de 5 bares, y la presion en la camara 110 de electrolito es de 4 bares. Durante la operacion 2 de carga, se genera hidrogeno de acuerdo con la reaccion (R) descrita anteriormente, y por lo tanto, la presion en la camara 100 de hidrogeno aumenta, hasta que alcanza 800 bares. Durante la operacion 2 de carga, la presion en la camara 110 de electrolito disminuye o incluso permanece sustancialmente constante. Al comienzo de la operacion 3 de descarga, la presion en la camara 100 de hidrogeno es de 800 bares, y la presion en la camara 110 de electrolito es de 4 bares. Durante la operacion 3 de descarga, el hidrogeno se consume de acuerdo con la reaccion (R) descrita anteriormente, y por lo tanto, la presion en la camara 100 de hidrogeno disminuye, hasta que alcanza 5 bares. Durante la operacion 3 de descarga, la presion en la camara 110 de electrolito aumenta o incluso permanece sustancialmente constante.
Ademas de las realizaciones descritas anteriormente para un ensamble de batenas de flujo de hidrogeno-halogeno, de acuerdo con una realizacion adicional, tal ensamble 1 de batena de flujo es tambien adecuado para uso como un ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno-hierro, o en general como cualquier otro ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno adecuado. En el caso de un ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno-hierro, el electrolito lfquido comprende hierro como elemento electroactivo. El principio de funcionamiento electroqmmico general del ensamble 1 de batena de flujo en el caso de un ensamble de batenas de flujo redox de hidrogeno-hierro puede describirse con respecto a una carga 2 y una operacion 3 de descarga. Las reacciones de carga 2/descarga 3
5
10
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20
25
30
pertinentes se describen mediante la ecuacion (R).
Descarga [Red'nl
H2 (g) + 2 Fe3+ (aq) < » 2H++ 2 Fe2+(aq) (R)
va/ v Carga [Ox'n] ' ' '
E° - 0.77 V
Donde H2 (g) es gas hidrogeno 101, Fe3+ (aq) y Fe2+ (aq) son iones hierro en una solucion acuosa, H+ es un proton, y E0 es el potencial estandar del electrodo Fe3+/Fe2+ (0,77 V vs. Electrodo estandar de hidrogeno, tambien conocido como SHE). Estas reacciones tambien pueden describirse en terminos de la reaccion de semiceldas (P) en el electrodo 122 de electrolito y la reaccion de semiceldas (N) en el electrodo 121 de hidrogeno:
donde Fe3+ (aq) y Fe2+ (aq) son iones de hierro en una solucion acuosa, e- es un electron y E0 es el potencial estandar del electrodo Fe3+/Fe2+ (0,77 V frente al Electrodo estandar de hidrogeno, tambien denominado SHE).
donde H2 (g) es gas hidrogeno 101, e- es un electron, y H+ es un proton.
Aunque la presente invention se ha ilustrado haciendo referencia a realizaciones espetificas, sera evidente para los expertos en la tecnica que la invencion no se limita a los detalles de las realizaciones ilustrativas anteriores y que la presente invencion se puede realizar con diversos cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de la misma. Por lo tanto, las presentes realizaciones deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas, estando el alcance de la invencion indicado por las reivindicaciones adjuntas mas que por la description anterior, y todos los cambios que entran dentro del alcance de las reivindicaciones estan por lo tanto destinados a ser abarcados por la misma. Ademas, el lector de esta solicitud de patente entendera que las expresiones "que comprende" o "comprende" no excluyen otros elementos o etapas, que las palabras "un" o "una" no excluyen una pluralidad, y que un elemento individual, tal como un sistema informatico, un procesador u otra unidad integrada puede cumplir las funciones de varios medios expuestos en las reivindicaciones. Los signos de referencia en las reivindicaciones no se interpretaran como limitativos de las reivindicaciones respectivas en cuestion. Los terminos "primero", "segundo", “tercero", "a", "b", "c" y similares, cuando se usan en la descripcion o en las reivindicaciones, se introducen para distinguir entre elementos o pasos similares y no estan describiendo necesariamente un orden secuencial o cronologico, del mismo modo que los terminos "superior", "inferior", "sobre", "bajo" y similares se introducen con fines descriptivos y no necesariamente para designar posiciones relativas. Los terminos asi utilizados son intercambiables bajo circunstancias apropiadas y las realizaciones de la invencion son capaces de funcionar de acuerdo con la presente invencion en otras secuencias, o en orientaciones diferentes de la o las descritas o ilustradas anteriormente.
Claims (14)
- REIVINDICACIONES1. Un ensamble (1) de batenas de flujo redox de hidrogeno que comprende:- una o mas celdas (10) de batena, comprendiendo cada celda (10) de batena:- una camara (100) de hidrogeno configurada para alojar una trayectoria de flujo de gas hidrogeno (101) entre una 5 entrada (5) de hidrogeno y una salida (6) de hidrogeno;- una camara (110) de electrolito configurada para alojar una trayectoria de flujo de electrolito (111) lfquido entre una entrada (7) de electrolito y una salida (8) de electrolito;- un ensamble (120) de electrodos de membrana que comprende un electrodo (121) de hidrogeno conectado a dicha camara (100) de hidrogeno y un electrodo (122) de electrolito conectado a dicha camara (110) de electrolito y una10 membrana (123) situada entre dicha camara (100) de hidrogeno y dicha camara (110) de electrolito, configurandose dicho ensamble (120) de electrodos de membrana para permitir solamente una difusion de protones (200) a traves de dicho ensamble (120) de electrodos de membrana entre dicho gas (101) de hidrogeno en dicha camara (100) de hidrogeno y dicho electrolito (111) lfquido en dicha camara (110) de electrolito;- un deposito (30) de hidrogeno conectado a dicha camara (100) de hidrogeno de dicha una o mas celdas (10) de15 batena y configurado para retener dicho gas (101) de hidrogeno; y- un deposito (31) de electrolito conectado a dicha camara (110) de electrolito de una o mas celdas (10) de batena y configurado para retener dicho electrolito (111) lfquido;caracterizado por que- dicho ensamble (1) de batenas de flujo redox de hidrogeno esta configurado ademas para permitir una diferencia 20 de presion no controlada entre la presion en dicha camara (100) de hidrogeno de dicha celda (10) de batena y lapresion en dicha camara (110) de electrolito de dicha batena (10), en el que dicha diferencia de presion se determina mediante dicha difusion de protones (200) a traves de dicho ensamble (120) de electrodos de membrana durante una operacion de carga (2) y/o descarga (3); y- dichas una o mas celdas (10) de batena de dicho ensamble (1) de batenas de flujo redox de hidrogeno estan 25 completamente colocadas en dicho deposito (30) de hidrogeno.
- 2. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho electrolito (111) lfquido comprende un elemento halogeno que comprende uno o mas de los siguientes:- fluor;- cloro;30 - bromo;- yodo;- astato;o en el que dicho electrolito (111) lfquido comprende hierro, cerio o vanadio.
- 3. Un ensamble (1) de batenas de flujo de hidrogeno de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que:35 - dicha camara (100) de hidrogeno y dicho deposito (30) de hidrogeno estan acoplados directamente entre sf sin unelemento regulador de presion, de modo que se permita que dicha presion en dicha camara (100) de hidrogeno y la presion en dicho deposito (30) de hidrogeno fluctuen de manera incontrolada; y/o- dicha camara (110) de electrolito y dicho deposito (31) de electrolito estan acoplados directamente entre sf sin un elemento de regulacion de presion de tal manera que se permita que dicha presion en dicha camara (110) de40 electrolito y la presion en dicho deposito (31) de electrolito fluctuen de manera incontrolada.
- 4. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno segun las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho51015202530354045ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno esta configurado adicionalmente para permitir una diferencia de presion no controlada entre dicho deposito (30) de hidrogeno y dicho deposito (31) de electrolito, en el que dicha diferencia de presion se determina mediante dicha difusion de protones (200) a traves de dicho ensamble (120) de electrodos de membrana durante una operacion de carga (2) y/o descarga (3).
- 5. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno segun las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha presion en dicha camara (100) de hidrogeno se deja fluctuar de una manera no controlada entre un valor de presion mmimo predeterminado cuando dicha celda (10) de batena esta completamente descargada y un valor de presion maximo predeterminado cuando dicha celda (10) de batena esta completamente cargada.
- 6. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que dicho valor de presion mmimo predeterminado y dicho valor de presion maximo predeterminado pueden fluctuar entre 1,1 y 800 bar, preferiblemente entre 5 y 150 bar.
- 7. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno segun las reivindicaciones 1 a 6, en el que cada celda (10) de batena comprende ademas:- una membrana (123) plana que se extiende a lo largo de un plano (4) central y que comprende una superficie (20) de hidrogeno situada en un lado de dicho plano (4) central y una superficie (21) de electrolito situada en el lado opuesto de dicho plano (4) central, estando configurada dicha membrana (123) plana para permitir solamente dicha difusion de protones (200);- una capa (124) de difusion de hidrogeno que comprende un lado (22) de membrana y un lado (23) de hidrogeno opuesto y configurado para cubrir dicha superficie (20) de hidrogeno con su lado (22) de membrana;- comprendiendo ademas dicho electrodo (121) de hidrogeno una superficie (24) de contacto de electrodo de hidrogeno configurada para cubrir parcialmente dicho lado (23) de hidrogeno de dicha capa (124) de difusion de hidrogeno;- dicha trayectoria (101) de flujo del gas de hidrogeno comprende una superficie (25) de contacto de trayectoria de flujo de hidrogeno configurada para cubrir parcialmente dicho lado (23) de hidrogeno de dicha capa (124) de difusion de hidrogeno;- una capa (125) de difusion de electrolito que comprende un lado (26) de membrana y un lado (27) opuesto de electrolito y configurado para cubrir dicha superficie (21) de electrolito con su lado (26) de membrana;- comprendiendo ademas dicho electrodo (122) de electrolito una superficie (28) de contacto de electrodo de electrolito configurada para cubrir parcialmente dicho lado (27) de electrolito de dicha capa (125) de difusion de electrolito; y- dicha trayectoria de flujo del electrolito (111) lfquido comprende una superficie (29) de contacto de trayectoria de flujo de electrolito configurada para cubrir parcialmente dicho lado (27) de electrolito de dicha capa (125) de difusion de electrolito.
- 8. Un ensamble (1) de batenas de flujo redox de hidrogeno de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que dicho electrodo (122) de electrolito comprende ademas un soporte (140) mecanico hecho de un material con un valor de lfmite de elasticidad superior a un umbral de lfmite de elasticidad predeterminado tal que se puede garantizar una deformacion maxima permisible de la membrana (123) plana cuando esta en estado completamente cargado, comprendiendo dicho soporte (140) mecanico dicha superficie (28) de contacto del electrodo y alojando dicha superficie (29) de contacto de la trayectoria de flujo de electrolito.
- 9. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que dicho umbral predeterminado de resistencia elastica es mayor que 30 MPa.
- 10. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que dicho soporte (140) mecanico comprende:- una superficie (141) de soporte de membrana en contacto con dicha capa (125) de difusion de electrolito y que comprende dicha superficie (28) de contacto de electrodo de electrolito;- una superficie (142) de soporte opuesta que aloja dicho flujo de electrolito en la forma de un canal (143) de entrada de electrolito y un canal (144) de salida de electrolito que se extienden ambos dentro de dicho soporte (140) mecanico desde dicha superficie (142) de soporte opuesta;- orificios (145) pasantes de alimentacion que se extienden a traves de dicho soporte (140) mecanico desde dicho canal (143) de entrada de electrolito y dicho canal (144) de salida de electrolito a dicha superficie (141) de soporte de membrana, formando de ese modo dicha superficie (29) de contacto de trayecto de flujo de electrolito.
- 11. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que dicho 5 canal (143) de entrada de electrolito y dicho canal (144) de salida de electrolito forman un trayecto de flujointerdigitado para dicho electrolito (111) lfquido.
- 12. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno segun las reivindicaciones 7 y 10, en el que la celda (10) de batena esta configurada de modo que dicha superficie (28) de contacto de electrodo de electrolito sea mas grande que dicha superficie (29) de contacto de trayecto de flujo de electrolito, preferiblemente dicha superficie (29)10 de contacto del electrodo de electrolito es 80% o mas de la superficie (141) de soporte de membrana.
- 13. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que:- dicho ensamble (1) de batenas de flujo redox de hidrogeno comprende una pluralidad de celdas (10) de batena; y- dicho electrodo (121) de hidrogeno de al menos una de dichas celdas (10) de batena esta acoplado a dicho electrodo (122) de electrolito de una siguiente de dichas celdas (10) de batena.15 14. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que dichoelectrodo (121) de hidrogeno y dicho electrodo (122) de electrolito de dichas celdas (10) de batena acopladas estan formados como una unidad unica.
- 15. Un ensamble (1) de batena de flujo redox de hidrogeno segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho deposito (31) de electrolito de dicho ensamble (1) de batenas de flujo redox de hidrogeno esta 20 completamente posicionado en dicho deposito (30) de hidrogeno.
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