WO2018108895A1 - Cleaning method for an electrolyte liquid of a redox flow battery - Google Patents
Cleaning method for an electrolyte liquid of a redox flow battery Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018108895A1 WO2018108895A1 PCT/EP2017/082406 EP2017082406W WO2018108895A1 WO 2018108895 A1 WO2018108895 A1 WO 2018108895A1 EP 2017082406 W EP2017082406 W EP 2017082406W WO 2018108895 A1 WO2018108895 A1 WO 2018108895A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- electrolyte liquid
- cells
- negative
- electrolyte
- tank
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
- H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
- H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Definitions
- the subject invention describes a method for reducing contaminants of an electrolyte fluid suitable for a redox flow battery.
- a redox flow battery is an electrochemical-based power generation and storage system typically consisting of tanks for storing positive and negative electrolyte fluids, and pumps and lines for circulating the electrolyte fluids through one or more cell stacks, each of which is comprised of a number of cells ,
- the cells of the cell stack are each formed by a positive half cell and a negative half cell, wherein the positive and negative half cells of a cell are separated by a semipermeable membrane, typically an ion exchange membrane.
- the positive half cell contains a frame-mounted positive electrode through which the positive electrolyte liquid flows.
- the negative half-cell contains a negative electrode in a frame, through which the negative electrolyte liquid flows.
- the charged positive electrolytic liquid is vanadium having the oxidation number +4 (also referred to as V IV ) and vanadium having the oxidation number +5 (also referred to as V v ).
- the negative electrolyte liquid consists of vanadium having the oxidation number +2 (also referred to as V ") and vanadium having the oxidation number +3 (also referred to as V 1 ") - whereby the negative electrolyte liquid is "more negative" than the positive electrolyte liquid
- the average oxidation number of the entire electrolyte liquid (negative and positive total) is +3.5, and both the positive and the negative electrolyte liquid may contain sulfuric acid and other additives, and the positive and negative electrodes are mostly porous Gra
- bipolar electrode plates are arranged, which are usually made of a composite material of carbon and plastic, located on the axial outer sides of the axially outer cells of the cell stack At
- the vanadium used in a vanadium electrolytic liquid is found in chemical association with other elements.
- impurities that improve the performance of the Vanadium redox battery influence be kept as low as possible.
- impurities due to hydrogen catalysts such as copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), arsenic (As), antimony (Sb) and platinum group elements in the electrolyte liquid are to be reduced as much as possible, since excessive hydrogen evolution during loading - Drives can significantly reduce the efficiency of the vanadium redox battery.
- the starting material for the vanadium electrolyte liquid is usually V v , for example vanadium pentoxide (V 2 0 5 ) or ammonium metavanadate (NH 4 V0 3 ) is used.
- V v vanadium pentoxide
- NH 4 V0 3 ammonium metavanadate
- the starting material is often chemically cleaned in order to achieve a first reduction of the impurities, as disclosed, for example, in EP 0713257 A1. Usually, this cleaning is done by setting various parameters such as pH and temperature. With this method, sulphates, hydroxides or oxides are selectively deposited, whereupon the prepurified starting material is dissolved in sulfuric acid (H 2 S0 4 ).
- the prepurified electrolyte liquid can be filtered in order to remove particles.
- EP 2576719 A1 shows a filter series which contains chelate resin.
- platinum group elements ruthenium Ru, rhodium Rh, palladium Pd, osmium Os, iridium Ir, and platinum Pt
- platinum group elements ruthenium Ru, rhodium Rh, palladium Pd, osmium Os, iridium Ir, and platinum Pt
- All of the above methods have in common that with it the critical, usually metallic, impurities of the electrolyte liquid can not be reduced to a concentration of less than 1 ppm by weight.
- the electrolyte liquid consists of a mixture of negative and positive electrolyte liquid, preferably in the ratio 50:50, and the electrolyte liquid from a first tank by negative half-cells of a Zellstacks a cleaning redox flow battery is circulated, whereby the electrolyte liquid passes through the negative half-cells, wherein a voltage to the cell stack of the cleaning redox flow battery is applied and the electrolyte liquid is reduced electrochemically in the negative half-cells and thereby at least a portion of the contaminants is coated by the electrolyte liquid on negative electrodes of the negative half-cells.
- This effect is thermodynamically conditioned and usually undesirable in normal operation of a redox flow battery, since the impurities clogged by the deposition of the usually porous negative electrodes pores and serve as hydrogen catalysts. Impurities are substances that are undesirable in the electrolyte fluid and, if appropriate, can also impair the proper operation of a redox flow battery using the contaminated electrolyte fluid. According to the invention, however, this effect is used to clean an electrolyte fluid.
- negative (and also positive) electrodes various suitable electrochemically sufficiently stable electrically conductive materials can be used - mats made of carbon or graphite fibers are often used.
- the positive electrodes are used for the oxidation of the electrolyte liquid and should therefore be composed of a material with a slight overpotential, thus a more efficient electrochemical reaction and thus a faster deposition of impurities on the negative electrodes is possible, since the low overpotential higher electrical currents to the Cells of cleaning redox flow battery can be created.
- the impurities are coated by the electrolyte liquid on the negative electrodes of the negative half cell of the cleaning redox flow battery, which frees the electrolyte fluid from the impurities.
- the thus purified electrolyte liquid can then be used for the proper operation of a redox flow battery.
- a conventional redox flow battery can be used as the cleaning redox flow battery.
- the cleaning redox flow battery can be used as in charging, but no separate negative and positive electrolyte liquids are circulated through the half-cells, but a mixture of negative and positive electrolyte liquid is circulated as the electrolyte liquid to be cleaned by the negative half-cells.
- the negative and positive electrolytic fluids (usually present before mixing) should of course be largely uncharged, since otherwise no charging process can be efficiently "simulated” during the cleaning process and also during the mixing of charged negative and positive electrolyte fluids to the purifying electrolyte liquid an undesirable thermal reaction occurs per se.
- known methods such as inductively coupled plasma periodic mass spectrometry (ICPMS), can be used, wherein the proportion of impurities in the electrolyte liquid in the tanks or at other arbitrary point of the cycle of the cleaning redox flow battery can be measured.
- a second in a second tank consisting of a mixture of negative and positive electrolyte liquid, preferably in the ratio 50:50 existing second electrolyte liquid is circulated by positive half-cells of the cleaning redox flow battery, whereby the second electrolyte liquid passes through the positive half-cells.
- the impurities present can pass through the ion exchange membrane, with which impurities can pass from the second electrolyte liquid into the (first) electrolyte liquid (and vice versa). This allows impurities originally in the second electrolyte liquid to be deposited on the electrodes of the negative half cell.
- the (first) electrolyte liquid and the second electrolyte liquid may also be continuously or batch-mixed during the cleaning process. This speeds up the process of cleaning the entire electrolyte fluid.
- This mixing during the cleaning process can be carried out by recycling (continuously or batchwise) a portion, preferably 10%, of the (first) electrolyte liquid after passing through the negative half-cells into the second tank and a portion, preferably 10% of the second electrolyte liquid after Passing through the positive half-cells is returned to the first tank.
- This method is easy to implement, so the reduction of contamination is continuous and can take some time and many changes.
- the first electrolytic liquid and the second electrolytic liquid can be mixed together.
- a heat exchanger which serves the dissipation of thermal energy, which arises during the cleaning process.
- the electrolyte liquid can be circulated from a first tank through the negative half-cells, sulfuric acid being separated from a first tank.
- a second tank is circulated through the positive half cells and an increased voltage, which is greater than the usual voltage, preferably 2.5 V per cell, is applied to the positive half cells and the negative half cells.
- a catalyst for reducing an existing overpotential may be provided in the context of an oxygen evolution. This accelerates the oxidation, which allows a faster reaction rate and thus cleaning rate.
- a lower voltage can be applied to the cell stack, thus reducing the possibility of overloading components of the cell stack.
- This catalyst may, for example, consist of platinum Pt, iridium (IV) oxide Ir0 2 , lead (IV) oxide Pb02, etc. So it is the entire electrolyte liquid pumped from a tank through the negative half-cells and reduced. The applied voltage oxidizes the sulfuric acid in the positive half-cells. This increases the efficiency of the process and requires fewer recirculations than when the electrolyte liquid is pumped through the negative half cells and the second electrolyte liquid through the positive half cells. Thus, the total duration of the cleaning process can be reduced by about a factor of 10.
- the electrolyte liquid may be circulated from a first tank through the negative half cells, with pure electrolyte liquid consisting of a mixture of negative and positive electrolyte liquid, preferably in the ratio 50:50, circulated by a second tank through the positive half cells.
- pure electrolyte liquid instead of the sulfuric acid, it is not necessary to apply an increased voltage to the cell stacks.
- a commonly used voltage that can otherwise be used to charge the redox flow battery typically 1, 0-1, 6V per cell in each cell stack, is sufficient.
- the electrolyte liquid can also be pumped from a first tank through the negative half cells of the cell stack, pumped from the negative half cells into a second tank and pumped further and from the second tank through the positive half cells of the cell stack.
- the (to be cleaned) electrolyte liquid is circulated alternately through the negative half-cells and through the positive half-cells.
- a single recirculation may be sufficient to reduce the electrolyte fluid contaminants to the desired level.
- the electrolyte liquid can be oxidized and thus raised to the desired redox potential to produce a positive electrolyte liquid. This can be done for example by dilution with water or sulfuric acid.
- the cleaned electrode can rolyttellkeit be reduced chemically or electrochemically. Methods for oxidizing and reducing electrolyte liquids are well known and will therefore not be described further here.
- the negative electrodes of the negative half cells of the cleaning -Redox flow-through battery to be cleaned to remove the coated impurities. This can therefore be carried out after the execution of the cleaning process of the electrolyte liquid or during an interruption of the cleaning process.
- This cleaning of the negative electrodes can be carried out chemically, for example using an oxidizing agent such as, for example, a positively charged electrolyte liquid, hydrogen peroxide H 2 O 2 , or electrochemically.
- the purge redox flow battery must be idle.
- the, preferably pure, positive electrolyte liquid naturally picks up the impurities. Of course, this can only take place until the positive electrolyte liquid has a certain degree of impurities, whereupon the positive electrolyte liquid can be subjected to purification, or even disposed of.
- the cleaning method described above primarily removes metallic contaminants by coating them on the negative electrodes.
- the cleaning process can be carried out until the proportion of the impurities in the electrolyte liquid reaches or falls below one or more of the following limits: 0.5 mass ppm Cu; 1 mass ppm As, Pb, Sb; 0.1 mass ppm Rh, Ru, Au, Ag and other elements of the Pt group.
- sulfur dioxide S0 2 of the electrolyte liquid is reduced, but not by deposition on the negative electrodes, but by oxidation, or reduction.
- Sulfur dioxide S0 2 leads in a vanadium electrolyte liquid during operation also to increased hydrogen formation, which is why the reduction of sulfur dioxide S0 2 represents an advantageous effect.
- the cleaning method can be applied in particular to a vanadium electrolyte liquid.
- the vanadium electrolyte liquid is thus by the electrochemical
- electrolyte fluids such as iron-chromium electrolyte fluids (thus suitable for an iron-chromium redox flow-through battery) may also be cleaned in the manner described. It is important that the positive and negative electrolyte liquid are miscible, ie are chemically substantially similar or have only a different oxidation state (such as V 2+ and V 3+ , V0 2+ and V0 2 + in the case of the vanadium redox flow battery ).
- a cell stack 2 of a redox flow battery 1 comprises a plurality of cells 4. Each cell is formed from a positive half-cell 42 and a negative half-cell 41, so there are 2 positive half-cells 42 and negative half-cells 41 arranged alternately in the cell stack. Between the positive half cell 42 and the negative half cell 41 of a cell 4, a semipermeable membrane 6, typically an ion exchange membrane (cation and / or anion exchange membrane, eg Nafion®), is arranged in each case. Between two adjacent cells 4, an electrode plate 7, for example a bipolar plate, is arranged.
- a positive electrode 422 are respectively arranged, in the frame 401 of the negative half-cells 41 each negative electrodes 412 are arranged.
- the positive electrodes 422 and negative electrodes 412 are usually designed as mats of carbon or graphite fibers.
- About recesses 80 in the frame 401 of the half-cells 40, or cells 4 are pumped in normal operation by means of the pumps 71, 72 electrically differently charged electrolyte liquids through the cells 4, wherein in a cell 4, or the respective positive half-cell 42 respectively the positive Electrode 422 is flowed through by the positive electrolyte liquid and the negative electrode 412 of the negative half cell 41 by the negative electrolyte liquid.
- redox Flow batteries 1 such as a vanadium redox flow battery or a vanadium polyhalite battery
- the two electrolyte liquids are chemically similar or have only a different oxidation state (eg V 2+ and V 3+ , V0 2+ and V0 2 + ).
- FIG. 1 also shows the tanks 91, 92 of a redox flow battery 1, in which usually the electrolyte liquids are stored for operation.
- the electrolyte liquids are circulated using the pumps 71, 72 between the negative half-cells 41 and positive half-cells 42 and the negative and positive tanks 91, 92, respectively.
- the negative or positive tanks 91, 92 may be spatially separate containers, but may also be formed, for example as two compartments divided by a dividing wall, in a common container.
- the cell stack 2 is completed at the two axial ends by an end plate 60, for example made of plastic.
- the end plates 60 are driven by tensioning means 4, e.g.
- an electrical connection 19 can be provided on the end plates 60, via which the current collectors 3 in the interior of the redox flow battery 1 can be connected to an external circuit on both sides of the redox flow battery 1.
- the electrical connection 19 is shown only in FIG. 1, and the connection between the current collector 3 and the electrical connection 19 can not be seen in the figures.
- the electrolyte liquid connections for the supply and removal of the electrolyte liquids are provided on the end plates 60.
- a positive inflow 921 is used to supply the positive half-cells with electrolyte liquid (in normal operation, ie positive electrolyte liquid) and a positive outflow 922 to return the electrolyte liquid after flowing through the positive half-cells 42 into the respective negative or positive tank 91, 92.
- Analog serves a negative inflow 91 1 to the negative half-cells 41 with electrolyte liquid (in normal operation so negative electrolyte liquid) to supply and a negative outflow 912 to return the electrolyte liquid after flowing through the negative half-cells 41 in the respective negative or positive tank 91, 92.
- spacers 8 may be provided between the end plates 60 in order to ensure a constant distance 8 'between the end plates 60.
- Impurities can be As, Pb, Sb, Rh, Ru, Au, Ag, etc.
- the cleaning method according to the invention can be carried out until the electrolyte liquid 101 as impurity 1 1 less than 0.5 mass ppm Cu and / or below 1 ppm by mass As, Pb, Sb, and / or less than 0.1 ppm by mass each of Rh, Ru, Au, Ag, and / or other platinum group elements.
- the procedure is as follows.
- a vanadium electrolyte liquid is used as the electrolyte liquid 101 to be cleaned.
- the electrolyte liquid 101 consists of a ratio of V '": V IV of about 50:50, as for example, by mixing positive and negative electrolyte liquid of a vanadium redox flow battery as shown in Figure 1 arises or by the in the state of Thus, a certain degree of impurities 11 is present in the electrolyte liquid 101, which is to be lessened to a certain extent.
- a redox flow battery 1 can be used , as described in Fig.1 and Fig.2, can be applied, whereby an otherwise commonly used for charging voltage V in the amount of, for example, 1, 6V per cell can be applied.
- the electrolyte liquid 101 to be purified is stored in a first tank 91 'and a second electrolyte liquid 102 is stored in a second tank 92'.
- the first tank 91 'and the second tank 92' may be the tanks of a purge redox flow battery 1 ', i. a commercial redox flow battery 1, as shown in Fig.1.
- the electrolyte liquids stored therein can be circulated via the cleaning redox flow battery V as described below.
- the electrolyte liquid 101 is circulated through the negative half-cells 41 of the purifying redox flow battery V via the negative inflow 91 1 and the negative flow 912, and the second electrolyte liquid 102 is circulated through the positive inflow 921 and the positive outflow 922 through the positive half-cells 42 of the cleaning redox flow battery 1 'circulated.
- V IV is reduced electrochemically to V 1 "in the electrolyte liquid, with a subsequent reduction of a part of the V 1 " to V "by electrochemical means 0.001 M at V ", which is an indicator of the atmosphere required for cleaning.
- the impurities 1, typically metallic are electrochemically or chemically coated on the negative electrodes 412 of the negative half-cells 41 of the cleaning redox flow battery 1 ', eg in the reaction 2V 2+ + Cu 2+ ⁇ -> 2V 3+ + Cu.
- the reaction 2V 2+ + Cu 2+ ⁇ -> 2V 3+ + Cu As a purely electrochemical reaction, for example, Cu 2+ + 2e " -> Cu, whereby this electrochemical reaction proceeds parallel to the usual redox reaction reaction V 3+ + e " - »V 2+ .
- the electrolyte liquid Preferably, to accelerate the cleaning process, the electrolyte liquid
- This mixing can in principle be continuous or batchwise, whereby the rate of mixing can be regulated by a valve (not shown).
- thermal problems may occur because the electrolytic liquid is heated by the mixing process because the electrolytic liquid 101 and the second electrolytic liquid 102 reach different redox potentials by the cleaning process.
- a temperature of the electrolyte fluid should not exceed 40 ° C. Therefore, in the first tank 91 'and in the second tank 92', a heat exchanger 93 for discharging thermal energy may be provided as shown in the embodiment of FIG. If the negative and positive electrolytic liquid were not mixed continuously or in batches after passing through the respective half-cells, but were completely mixed with one another, a temperature rise of about 26 ° C. would be expected without the use of a heat exchanger 93.
- the electrolyte liquid would reach a temperature of 56 ° C and thus exceed the target maximum temperature of 40 ° C.
- preferably about 10% of the electrolyte liquid is mixed after each pass through the respective half-cells, whereby the temperature increase can be limited to about 3 ° C.
- the target maximum temperature of 40 ° C is not reached.
- the rate of mixing and the performance of the heat exchanger must be coordinated so as not to reach the target maximum temperature.
- a chemical reduction may be provided, wherein, for example, oxalic acid may be added to the second electrolyte liquid 102.
- the second electrolyte liquid 102 which is circulated through the positive half cells 42, may be replaced by "fresh" electrolyte liquid.
- the production of hydrogen depends primarily on how long the negative electrode 412 coated with the contaminants 11 is in contact with the Electrolyte liquid 101. Therefore, in principle a still rapid reduction of the impurities 1 1 is desirable because the process just described takes a few weeks, depending on the electrolyte liquid 101 to be cleaned.
- FIGS. 4a and 4b A further embodiment of the cleaning method according to the invention is therefore outlined in FIGS. 4a and 4b.
- the electrolyte liquid 101 is circulated via the negative inflow 91 1 and the negative outflow 912 from a first tank 91 'through the negative half cells 41 of the purifying redox flow battery V.
- sulfuric acid S stored in a second tank 92 is circulated via the positive inflow 921 and the positive outflow 922.
- an increased voltage V1 which is greater than the voltage V, is applied to the cleaning redox flow battery 1 ', ie to the positive half cells 41 and the negative half cells 42.
- the boosted voltage V1 is about 2.5V per cell.
- the impurities 11 are also coated on the negative electrode 412, ie, for example, the chemical reaction Cu 2 + + 2e " -> Cu occurs again Reducing one
- pure electrolyte liquid R consisting of a mixture of negative and positive electrolyte liquid, preferably in the ratio 50:50, can be used in the cleaning process according to FIG. 4 and thus circulated by the second tank 92 through the positive half cells 42.
- pure the same limit values of impurities as are to be achieved for the electrolyte liquid 101 can be considered here, ie 0.5 mass ppm Cu, 1 mass ppm As, Pb, Sb, 0.1 mass ppm. ppm Rh, Ru, Au, Ag and elements of the Pt group.
- FIGS. 5a and 5b show a third embodiment of the cleaning method according to the invention.
- the electrolyte liquid 101 is pumped from a first tank 91 'via the negative inflow 91 1 through the negative half cells 41 of the cell stack 2 of the cleaning redox flow battery V. Further, the electrolyte liquid 101 is pumped from the negative half-cells 41 via the negative drain 912 in the second tank 92 and further pumped from the second tank 92 through the positive inflow 921 in the positive half-cells 42 of the cell stack 2 of the cleaning redox flow battery V. From the positive drain 922, the electrolyte liquid 101 flows back into the first tank 91 '.
- the pros The cleaning process corresponds to the procedure described with reference to FIG.
- the negative electrodes 412 of the negative half cells 41 of the cleaning redox flow battery V may be subjected to cleaning to remove the impurities 1 1 coated on the negative electrodes 412.
- the second electrolyte liquid 102 in the positive half cells 42 can be oxidized to a mixture of V IV and V v .
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
Abstract
The aim of the invention is to reduce the concentration of impurities of an electrolyte liquid which is suitable for a redox flow battery. According to the invention, this is achieved by circulating an electrolyte liquid consisting of a mixture of negative and positive electrolyte liquids, preferably in a ratio of 50:50, from a first tank through negative half cells of a cell stack of a cleaning redox flow battery, whereby the electrolyte liquid flows through the negative half cells. A voltage is applied to the cell stack of the cleaning redox flow battery, and the electrolyte liquid is electrochemically reduced in the negative half cells. At least some of the impurities of the electrolyte liquid are layered on negative electrodes of the negative half cells.
Description
Reinigungsverfahren für eine Elektrolytflüssigkeit einer Redox-Durchflussbatterie Cleaning process for an electrolyte fluid of a redox flow battery
Die gegenständliche Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Verringern von Verunreinigungen einer Elektrolytflüssigkeit geeignet für eine Redox-Durchflussbatterie. The subject invention describes a method for reducing contaminants of an electrolyte fluid suitable for a redox flow battery.
Eine Redox-Durchflussbatterie ist ein System zur Energieerzeugung bzw. -speicherung auf elektrochemischer Basis und besteht üblicherweise aus Tanks zur Speicherung positiver und negativer Elektrolytflüssigkeiten, sowie Pumpen und Leitungen zur Umwälzung der Elektrolytflüssigkeiten durch einen oder mehrere Zellstacks, welche wiederum jeweils aus einer Anzahl Zellen bestehen. Die Zellen des Zellstacks werden jeweils durch eine positive Halbzelle und eine negative Halbzelle gebildet, wobei die positive und negative Halbzelle einer Zelle durch eine semipermeable Membran, typischerweise eine lon-Austauschmembran, voneinander getrennt sind. Die positive Halbzelle enthält eine in einem Rahmen befindliche positive Elektrode, die von der positiven Elektrolytflüssigkeit durchströmt wird. Die negative Halbzelle enthält eine in einem Rahmen befindliche negative Elektrode, die von der negativen Elektrolytflüssigkeit durchströmt wird. Bei einer Vanadium-Redox-Durchflussbatterie besteht die positive Elektrolytflüssigkeit im geladenen Zustand aus Vanadium mit der Oxidationszahl +4 (auch als VIV bezeichnet) und Vanadium mit der Oxidationszahl +5 (auch als Vv bezeichnet). Die negative Elektrolytflüssigkeit besteht im geladenen Zustand aus Vanadium mit der Oxidationszahl +2 (auch als V" bezeichnet) und aus Vanadium mit der Oxidationszahl +3 (auch als V1" bezeichnet) - womit die negative Elektrolytflüssigkeit„negativer" als die positive Elektrolytflüssigkeit ist. Die durchschnittliche Oxidationszahl der gesamten Elektrolytflüssigkeit (negative und positive gesamtheitlich betrachtet) beträgt somit +3,5. Sowohl die positive, als auch die negative Elektrolytflüssigkeit können zudem Schwefelsäure und weiteren Additive enthalten. Die positiven und negativen Elektroden sind meist als poröse Matten aus Gra- phit gefertigt, die von der Elektrolytflüssigkeit durchströmt werden können. Zwischen einzelnen benachbarten Zellen des Zellstacks sind bipolare Elektrodenplatten angeordnet, welche meist aus einem Verbundmaterial aus Kohlenstoff und Kunststoff gefertigt wird. Auf den axialen Außenseiten der axial außen liegenden Zellen des Zellstacks befinden sich an den Elektrodenplatten Stromabnehmer, über die ein elektrischer Kontakt nach außen geführt wird, um elektrische Spannung abgreifen zu können (Entladen der Redox-Durchflussbatterie) oder um eine elektrische Spannung anlegen zu können (Laden der Redox-Durchflussbatterie). Der Zellstack wird auf den axialen Außenseiten jeweils von einer Endplatte abgeschlossen, durch welche der Zellstack zusammengehalten wird. A redox flow battery is an electrochemical-based power generation and storage system typically consisting of tanks for storing positive and negative electrolyte fluids, and pumps and lines for circulating the electrolyte fluids through one or more cell stacks, each of which is comprised of a number of cells , The cells of the cell stack are each formed by a positive half cell and a negative half cell, wherein the positive and negative half cells of a cell are separated by a semipermeable membrane, typically an ion exchange membrane. The positive half cell contains a frame-mounted positive electrode through which the positive electrolyte liquid flows. The negative half-cell contains a negative electrode in a frame, through which the negative electrolyte liquid flows. In a vanadium redox flow battery, the charged positive electrolytic liquid is vanadium having the oxidation number +4 (also referred to as V IV ) and vanadium having the oxidation number +5 (also referred to as V v ). In the charged state, the negative electrolyte liquid consists of vanadium having the oxidation number +2 (also referred to as V ") and vanadium having the oxidation number +3 (also referred to as V 1 ") - whereby the negative electrolyte liquid is "more negative" than the positive electrolyte liquid Thus, the average oxidation number of the entire electrolyte liquid (negative and positive total) is +3.5, and both the positive and the negative electrolyte liquid may contain sulfuric acid and other additives, and the positive and negative electrodes are mostly porous Gra Between individual adjacent cells of the cell stack, bipolar electrode plates are arranged, which are usually made of a composite material of carbon and plastic, located on the axial outer sides of the axially outer cells of the cell stack At the electrode plates current collector, over which an electrical contact is led to the outside, in order to tap electrical voltage (discharging the redox flow battery) or to create an electrical voltage can (charging the redox flow battery). The cell stack is completed on the axial outer sides of each of an end plate, by which the cell stack is held together.
Üblicherweise wird das in einer Vanadium-Elektrolytflüssigkeit verwendete Vanadium in chemischer Verbindung mit anderen Elementen vorgefunden. Bei der Produktion von Vanadium-Elektrolytflüssigkeiten ist es wichtig, dass Verunreinigungen, die die Performance der
Vanadium-Redox-Batterie beeinflussen, möglichst gering gehalten werden. Insbesondere sind Verunreinigungen durch Wasserstoffkatalysatoren, wie z.B. Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), Arsen (As), Antimon (Sb) und Elemente der Platingruppe in der Elektrolytflüssigkeit möglichst zu reduzieren, da eine übermäßige Wasserstoffentwicklung während des Be- triebs den Wirkungsgrad der Vanadium-Redox-Batterie deutlich reduzieren kann. Usually, the vanadium used in a vanadium electrolytic liquid is found in chemical association with other elements. In the production of vanadium electrolyte fluids, it is important that impurities that improve the performance of the Vanadium redox battery influence, be kept as low as possible. In particular, impurities due to hydrogen catalysts such as copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), arsenic (As), antimony (Sb) and platinum group elements in the electrolyte liquid are to be reduced as much as possible, since excessive hydrogen evolution during loading - Drives can significantly reduce the efficiency of the vanadium redox battery.
Als Ausgangsmaterial für die Vanadium-Elektrolytflüssigkeit wird meist Vv, z.B. Vanadium- pentoxid (V205) oder Ammoniummetavanadat (NH4V03) herangezogen. Da diese Materialien in Minen abgetragen werden, kann die Qualität, d.h. der Grad der Verunreinigungen des Ausgangsmaterials, jedoch stark variieren. Vor einer weiteren Behandlung wird das Aus- gangsmaterial oftmals chemisch gereinigt, um eine erste Verringerung der Verunreinigungen zu erreichen, wie beispielsweise in der EP 0713257 A1 offenbart. Üblicherweise erfolgt diese Reinigung über eine Einstellung diverser Parameter wie des pH-Werts und der Temperatur. Mit dieser Methode werden Sulphate, Hydroxide oder Oxide selektiv abgeschieden, woraufhin das vorgereinigte Ausgangsmaterial in Schwefelsäure (H2S04) gelöst wird. Im Anschluss wird die Lösung reduziert, wobei eine chemische Reduktion mittels Wasserstoff (H2), Koh- lenmonoxid (CO), Schwefeldioxid (S02), Wasserstoffperoxid (H202), etc. erfolgen kann. Im Rahmen dieser Reduktion wird eine Mischung von V1" und VIV zu gleichen Anteilen erzeugt, wie es beispielsweise die CN 102354762 A offenbart. Ausgehend von dieser Mischung von V'" und VIV kann durch eine weitere chemische Reduktion negative Elektrolytflüssigkeit (V" und V'" beinhaltend) oder durch eine chemische Oxidation positive Elektrolytflüssigkeit (VIV und Vv beinhaltend) erzeugt werden. Davor kann zudem, wie in der EP 1406333 A1 offenbart, die vorgereinigte Elektrolytflüssigkeit gefiltert werden, um Partikel zu entfernen. Die EP 2576719 A1 zeigt beispielsweise eine Filterreihe, die Chelatharz beinhaltet. Bei Verwendung der offenbarten Filterreihe können in der Elektrolytflüssigkeit beispielsweise Elemente der Platingruppe (Ruthenium Ru, Rhodium Rh, Palladium Pd, Osmium Os, Iridium Ir und Platin Pt) auf einen Anteil von unter 4,5 Gewichts-ppm reduziert werden. Es wären jedoch noch niedrigere Konzentrationen vorteilhaft, um im Betrieb einer Redox-Durchflussbatterie die aufgrund dieser Verunreinigungen auftretende parasitäre Wasserstoffentwicklung zusätzlich zu reduzieren. Alle oben genannten Verfahren haben gemein, dass damit die kritischen, der Regel metallischen, Verunreinigungen der Elektrolytflüssigkeit nicht auf eine Konzentration von unter 1 Gewichts-ppm reduziert werden können. The starting material for the vanadium electrolyte liquid is usually V v , for example vanadium pentoxide (V 2 0 5 ) or ammonium metavanadate (NH 4 V0 3 ) is used. However, since these materials are removed in mines, the quality, ie the degree of contamination of the starting material, can vary widely. Before further treatment, the starting material is often chemically cleaned in order to achieve a first reduction of the impurities, as disclosed, for example, in EP 0713257 A1. Usually, this cleaning is done by setting various parameters such as pH and temperature. With this method, sulphates, hydroxides or oxides are selectively deposited, whereupon the prepurified starting material is dissolved in sulfuric acid (H 2 S0 4 ). Subsequently, the solution is reduced, wherein a chemical reduction by means of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), sulfur dioxide (S0 2 ), hydrogen peroxide (H 2 0 2 ), etc. can take place. In the course of this reduction, a mixture of V 1 "and V IV is produced in equal proportions, as disclosed, for example, by CN 102354762 A. Starting from this mixture of V '" and V IV , a further chemical reduction can result in negative electrolytic liquid (V "). and V '"containing) or by a chemical oxidation positive electrolyte fluid (V IV and V v containing) are generated. Before that, moreover, as disclosed in EP 1406333 A1, the prepurified electrolyte liquid can be filtered in order to remove particles. EP 2576719 A1, for example, shows a filter series which contains chelate resin. Using the disclosed filter bank, for example, platinum group elements (ruthenium Ru, rhodium Rh, palladium Pd, osmium Os, iridium Ir, and platinum Pt) can be reduced to less than 4.5 ppm by weight in the electrolyte fluid. However, even lower concentrations would be advantageous in order to additionally reduce the parasitic evolution of hydrogen occurring during operation of a redox flow battery. All of the above methods have in common that with it the critical, usually metallic, impurities of the electrolyte liquid can not be reduced to a concentration of less than 1 ppm by weight.
Es ist somit eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung eine Methode anzugeben, mit der die Konzentration der Verunreinigungen einer Elektrolytflüssigkeit geeignet für eine Redox- Durchflussbatterie weiter verringert werden können. It is thus an object of the subject invention to provide a method by which the concentration of impurities of an electrolyte liquid suitable for a redox flow battery can be further reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Elektrolytflüssigkeit aus einer Mischung von negativer und positiver Elektrolytflüssigkeit, vorzugsweise im Verhältnis 50:50, besteht und die Elektrolytflüssigkeit von einem ersten Tank durch negative Halbzellen eines
Zellstacks einer Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie umgewälzt wird, wodurch die Elektrolytflüssigkeit die negative Halbzellen durchläuft, wobei eine Spannung an den Zellstack der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie angelegt wird und die Elektrolytflüssigkeit in den negativen Halbzellen elektrochemisch reduziert wird und dabei zumindest ein Teil der Verunreini- gungen von der Elektrolytflüssigkeit auf negative Elektroden der negativen Halbzellen beschichtet wird. Dieser Effekt ist thermodynamisch bedingt und üblicherweise im Normalbetrieb einer Redox-Durchflussbatterie unerwünscht, da die Verunreinigungen durch die Ablagerung auf den in der Regel porösen negativen Elektroden vorhandene Poren verstopfen und weiters als Wasserstoffkatalysatoren dienen. Als Verunreinigungen werden Stoffe be- zeichnet, die in der Elektrolytflüssigkeit unerwünscht sind und gegebenenfalls auch den ordnungsgemäßen Betrieb einer Redox-Durchflussbatterie unter Verwendung der verunreinigten Elektrolytflüssigkeit beeinträchtigen können. Erfindungsgemäß wird dieser Effekt jedoch genutzt, um eine Elektrolytflüssigkeit zu reinigen. Als negative (und auch positive) Elektroden können diverse geeignete, elektrochemisch ausreichend stabile elektrisch leitfähige Materialien verwendet werden - oftmals werden Matten aus Karbon- oder Graphitfasern verwendet. Die positiven Elektroden dienen der Oxidierung der Elektrolytflüssigkeit und sollten sich daher aus einem Material mit einem geringen Überpotential zusammensetzen, womit eine effizienterer elektrochemische Reaktion und damit eine schnellere Abscheidung der Verunreinigungen auf die negativen Elektroden ermöglicht wird, da durch das geringe Überpotential höhere elektrischen Ströme an die Zellen der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie angelegt werden können. Somit werden im Laufe des Reinigungsvorgangs die Verunreinigungen von der Elektrolytflüssigkeit auf die negativen Elektroden der negativen Halbzelle der Reini- gungs-Redox-Durchflussbatterie beschichtet, womit die Elektrolytflüssigkeit von den Verunreinigungen befreit wird. Die derart gereinigte Elektrolytflüssigkeit kann dann für den ordentli- chen Betrieb einer Redox-Durchflussbatterie verwendet werden. This object is achieved according to the invention by the electrolyte liquid consists of a mixture of negative and positive electrolyte liquid, preferably in the ratio 50:50, and the electrolyte liquid from a first tank by negative half-cells of a Zellstacks a cleaning redox flow battery is circulated, whereby the electrolyte liquid passes through the negative half-cells, wherein a voltage to the cell stack of the cleaning redox flow battery is applied and the electrolyte liquid is reduced electrochemically in the negative half-cells and thereby at least a portion of the contaminants is coated by the electrolyte liquid on negative electrodes of the negative half-cells. This effect is thermodynamically conditioned and usually undesirable in normal operation of a redox flow battery, since the impurities clogged by the deposition of the usually porous negative electrodes pores and serve as hydrogen catalysts. Impurities are substances that are undesirable in the electrolyte fluid and, if appropriate, can also impair the proper operation of a redox flow battery using the contaminated electrolyte fluid. According to the invention, however, this effect is used to clean an electrolyte fluid. As negative (and also positive) electrodes, various suitable electrochemically sufficiently stable electrically conductive materials can be used - mats made of carbon or graphite fibers are often used. The positive electrodes are used for the oxidation of the electrolyte liquid and should therefore be composed of a material with a slight overpotential, thus a more efficient electrochemical reaction and thus a faster deposition of impurities on the negative electrodes is possible, since the low overpotential higher electrical currents to the Cells of cleaning redox flow battery can be created. Thus, in the course of the cleaning process, the impurities are coated by the electrolyte liquid on the negative electrodes of the negative half cell of the cleaning redox flow battery, which frees the electrolyte fluid from the impurities. The thus purified electrolyte liquid can then be used for the proper operation of a redox flow battery.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Reinigungs-Redox- Durchflussbatterie eine übliche Redox-Durchflussbatterie verwendet werden. Es kann auch eine üblich verwendete Spannung, die sonst zum Laden der Redox-Durchflussbatterie an den Zellstack angelegt werden - üblicherweise 1 ,0-1 ,6 V pro Zelle im jeweiligen Zellstack. Damit kann die Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie wie bei einer Aufladung verwendet werden, wobei jedoch keine separaten negativen und positiven Elektrolytflüssigkeiten durch die Halbzellen umgewälzt werden, sondern eine Mischung aus negativer und positiver Elektrolytflüssigkeit als zu reinigende Elektrolytflüssigkeit durch die negativen Halbzellen umgewälzt wird. Dabei sollten die (in der Regel vor der Vermischung einzeln vorhandenen) nega- tive und positive Elektrolytflüssigkeit natürlich größtenteils ungeladen sein, da ansonsten im Rahmen des Reinigungsvorgangs kein Ladevorgang effizient„simuliert" werden kann und zudem bei der Vermischung von geladenen negativen und positiven Elektrolytflüssigkeiten
zur reinigenden Elektrolytflüssigkeit eine an sich unerwünschte thermische Reaktion auftritt. Zum Messen des Anteils der aktuell vorhandenen Verunreinigungen in der Elektrolytflüssigkeit können bekannte Methoden, wie z.B. eine periodische Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICPMS - Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry) verwendet werden, wobei der Anteil der Verunreinigungen in der Elektrolytflüssigkeit in den Tanks oder an anderer beliebiger Stelle des Kreislaufs der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie gemessen werden kann. To carry out the process according to the invention, a conventional redox flow battery can be used as the cleaning redox flow battery. There may also be a commonly used voltage that would otherwise be applied to charge the redox flow battery to the cell stack - usually 1, 0-1, 6V per cell in each cell stack. Thus, the cleaning redox flow battery can be used as in charging, but no separate negative and positive electrolyte liquids are circulated through the half-cells, but a mixture of negative and positive electrolyte liquid is circulated as the electrolyte liquid to be cleaned by the negative half-cells. Of course, the negative and positive electrolytic fluids (usually present before mixing) should of course be largely uncharged, since otherwise no charging process can be efficiently "simulated" during the cleaning process and also during the mixing of charged negative and positive electrolyte fluids to the purifying electrolyte liquid an undesirable thermal reaction occurs per se. For measuring the proportion of impurities currently present in the electrolyte liquid, known methods, such as inductively coupled plasma periodic mass spectrometry (ICPMS), can be used, wherein the proportion of impurities in the electrolyte liquid in the tanks or at other arbitrary point of the cycle of the cleaning redox flow battery can be measured.
Vorteilhafterweise wird gleichzeitig eine in einem zweiten Tank befindliche, aus einer Mischung von negativer und positiver Elektrolytflüssigkeit, vorzugsweise im Verhältnis 50:50, bestehende zweite Elektrolytflüssigkeit durch positive Halbzellen der Reinigungs-Redox- Durchflussbatterie umgewälzt, womit die zweite Elektrolytflüssigkeit die positiven Halbzellen durchläuft. Damit wird die (erste) Elektrolytflüssigkeit reduziert und die zweite Elektrolytflüssigkeit oxidiert. Es wird somit in erster Linie natürlich nur die (erste) Elektrolytflüssigkeit gereinigt. Die vorhandenen Verunreinigungen können jedoch die lon-Austauschmembran pas- sieren, womit Verunreinigungen von der zweiten Elektrolytflüssigkeit in die (erste) Elektrolytflüssigkeit (und umgekehrt) gelangen können. Das ermöglicht es Verunreinigungen, die sich ursprünglich in der zweiten Elektrolytflüssigkeit befanden auf die Elektroden der negativen Halbzelle abzuscheiden. Advantageously, a second in a second tank, consisting of a mixture of negative and positive electrolyte liquid, preferably in the ratio 50:50 existing second electrolyte liquid is circulated by positive half-cells of the cleaning redox flow battery, whereby the second electrolyte liquid passes through the positive half-cells. This reduces the (first) electrolyte fluid and oxidizes the second electrolyte fluid. Thus, of course, only the (first) electrolyte fluid will be purified in the first place. However, the impurities present can pass through the ion exchange membrane, with which impurities can pass from the second electrolyte liquid into the (first) electrolyte liquid (and vice versa). This allows impurities originally in the second electrolyte liquid to be deposited on the electrodes of the negative half cell.
Es können jedoch auch die (erste) Elektrolytflüssigkeit und die zweite Elektrolytflüssigkeit während des Reinigungsverfahrens kontinuierlich oder chargenweise miteinander vermischt werden. Damit wird der Prozess der Reinigung der gesamten Elektrolytflüssigkeit beschleunigt. However, the (first) electrolyte liquid and the second electrolyte liquid may also be continuously or batch-mixed during the cleaning process. This speeds up the process of cleaning the entire electrolyte fluid.
Diese Vermischung während des Reinigungsverfahrens kann erfolgen, indem (kontinuierlich oder chargenweise) ein Anteil, vorzugsweise 10%, der (ersten) Elektrolytflüssigkeit nach dem Durchlaufen der negativen Halbzellen in den zweiten Tank rückgeführt wird und ein Anteil, vorzugsweise 10% der zweiten Elektrolytflüssigkeit nach dem Durchlaufen der positiven Halbzellen in den ersten Tank rückgeführt wird. Diese Methode ist einfach zu realisieren, die Verringerung der Verunreinigungen erfolgt somit kontinuierlich und kann allerdings einige Zeit und viele Umwälzungen in Anspruch nehmen. Wenn die (erste) Elektrolytflüssigkeit und die zweite Elektrolytflüssigkeit ausreichend gereinigt ist, können die erste Elektrolytflüssigkeit und die zweite Elektrolytflüssigkeit zusammengemischt werden. This mixing during the cleaning process can be carried out by recycling (continuously or batchwise) a portion, preferably 10%, of the (first) electrolyte liquid after passing through the negative half-cells into the second tank and a portion, preferably 10% of the second electrolyte liquid after Passing through the positive half-cells is returned to the first tank. This method is easy to implement, so the reduction of contamination is continuous and can take some time and many changes. When the (first) electrolytic liquid and the second electrolytic liquid are sufficiently cleaned, the first electrolytic liquid and the second electrolytic liquid can be mixed together.
Es kann zudem im ersten Tank und/oder im zweiten Tank ein Wärmetauscher vorgesehen sein, der der Abführung von thermischer Energie, die während des Reinigungsvorgangs entsteht, dient. It can also be provided in the first tank and / or in the second tank, a heat exchanger, which serves the dissipation of thermal energy, which arises during the cleaning process.
Um den Reinigungsvorgang zu beschleunigen, kann die Elektrolytflüssigkeit von einem ersten Tank durch die negativen Halbzellen umgewälzt werden, wobei Schwefelsäure von ei-
nem zweiten Tank durch die positiven Halbzellen umgewälzt wird und eine erhöhte Spannung, die größer als die übliche Spannung ist, vorzugsweise 2,5 V pro Zelle, an die positiven Halbzellen und die negativen Halbzellen angelegt wird. Zusätzlich kann in der positiven Halbzelle ein Katalysator zur Reduktion eines vorhandenen Überpotentials im Rahmen einer Sauerstoffentwicklung vorgesehen sein. Damit wird die Oxidation beschleunigt, womit eine schnellere Reaktionsrate und damit Reinigungsrate ermöglicht wird. Bei Verwendung eines Katalysators kann eine geringere Spannung an den Zellstack angelegt werden, womit die Möglichkeit einer Überlastung von Komponenten des Zellstacks verringert wird. Dieser Katalysator kann beispielsweise aus Platin Pt, lridium(IV)-oxid Ir02, Blei(IV)-oxid Pb02, etc. be- stehen. Es wird also die gesamte Elektrolytflüssigkeit von einem Tank durch die negativen Halbzellen gepumpt und reduziert. Durch die angelegte Spannung wird die Schwefelsäure in den positiven Halbzellen oxidiert. Damit wird die Effizienz des Verfahrens erhöht und es sind weniger Umwälzungen notwendig, als wenn die Elektrolytflüssigkeit durch die negativen Halbzellen und die zweite Elektrolytflüssigkeit durch die positiven Halbzellen gepumpt wer- den. Damit kann die Gesamtdauer des Reinigungsvorgangs um etwa den Faktor 10 reduziert werden. In order to accelerate the cleaning process, the electrolyte liquid can be circulated from a first tank through the negative half-cells, sulfuric acid being separated from a first tank. A second tank is circulated through the positive half cells and an increased voltage, which is greater than the usual voltage, preferably 2.5 V per cell, is applied to the positive half cells and the negative half cells. In addition, in the positive half-cell, a catalyst for reducing an existing overpotential may be provided in the context of an oxygen evolution. This accelerates the oxidation, which allows a faster reaction rate and thus cleaning rate. When using a catalyst, a lower voltage can be applied to the cell stack, thus reducing the possibility of overloading components of the cell stack. This catalyst may, for example, consist of platinum Pt, iridium (IV) oxide Ir0 2 , lead (IV) oxide Pb02, etc. So it is the entire electrolyte liquid pumped from a tank through the negative half-cells and reduced. The applied voltage oxidizes the sulfuric acid in the positive half-cells. This increases the efficiency of the process and requires fewer recirculations than when the electrolyte liquid is pumped through the negative half cells and the second electrolyte liquid through the positive half cells. Thus, the total duration of the cleaning process can be reduced by about a factor of 10.
Alternativ kann die Elektrolytflüssigkeit von einem ersten Tank durch die negativen Halbzellen umgewälzt werden, wobei reine Elektrolytflüssigkeit, bestehend aus einer Mischung von negativer und positiver Elektrolytflüssigkeit, vorzugsweise im Verhältnis 50:50, von einem zweiten Tank durch die positiven Halbzellen umgewälzt wird. Bei Verwendung von reiner Elektrolytflüssigkeit statt der Schwefelsäure, ist es nicht nötig eine erhöhte Spannung an die Zellstacks anzulegen. Eine üblich verwendete Spannung, die sonst zum Laden der Redox- Durchflussbatterie verwendet werden kann, üblicherweise 1 ,0-1 ,6 V pro Zelle im jeweiligen Zellstack, ist ausreichend. Alternatively, the electrolyte liquid may be circulated from a first tank through the negative half cells, with pure electrolyte liquid consisting of a mixture of negative and positive electrolyte liquid, preferably in the ratio 50:50, circulated by a second tank through the positive half cells. When using pure electrolyte liquid instead of the sulfuric acid, it is not necessary to apply an increased voltage to the cell stacks. A commonly used voltage that can otherwise be used to charge the redox flow battery, typically 1, 0-1, 6V per cell in each cell stack, is sufficient.
Vorteilhafterweise kann im Rahmen des Reinigungsverfahrens jedoch auch die Elektrolytflüssigkeit von einem ersten Tank durch die negativen Halbzellen des Zellstacks gepumpt, von den negativen Halbzellen in einen zweiten Tank gepumpt und weiter und vom zweiten Tank durch die positiven Halbzellen des Zellstacks gepumpt werden. Damit wird die (zu reinigende) Elektrolytflüssigkeit abwechselnd durch die negativen Halbzellen und durch die positiven Halbzellen umgewälzt. Bei einer ausreichend geringen Umwälzungsrate kann bei dieser Methode eine einzige Umwälzung ausreichend sein, um die Verunreinigungen der Elektrolytflüssigkeit auf den gewünschten Grad zu reduzieren. Advantageously, however, in the context of the cleaning process, the electrolyte liquid can also be pumped from a first tank through the negative half cells of the cell stack, pumped from the negative half cells into a second tank and pumped further and from the second tank through the positive half cells of the cell stack. Thus, the (to be cleaned) electrolyte liquid is circulated alternately through the negative half-cells and through the positive half-cells. With a sufficiently low recirculation rate, with this method, a single recirculation may be sufficient to reduce the electrolyte fluid contaminants to the desired level.
Nachdem die Verunreinigungen der Elektrolytflüssigkeit auf den gewünschten Grad verringert wurden, kann die Elektrolytflüssigkeit oxidiert und damit auf das gewünschte Redox- Potential angehoben werden um eine positive Elektrolytflüssigkeit zu erzeugen. Dies kann z.B. durch Verdünnung mit Wasser oder Schwefelsäure erfolgen. Um aus der gereinigten Elektrolytflüssigkeit eine negative Elektrolytflüssigkeit zu erzeugen, kann die gereinigte Elekt-
rolytflüssigkeit chemisch oder elektrochemisch reduziert werden. Verfahren zum Oxidieren und Reduzieren von Elektrolytflüssigkeiten sind hinlänglich bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben. After the contaminants of the electrolyte liquid have been reduced to the desired degree, the electrolyte liquid can be oxidized and thus raised to the desired redox potential to produce a positive electrolyte liquid. This can be done for example by dilution with water or sulfuric acid. In order to produce a negative electrolyte liquid from the purified electrolyte liquid, the cleaned electrode can rolytflüssigkeit be reduced chemically or electrochemically. Methods for oxidizing and reducing electrolyte liquids are well known and will therefore not be described further here.
Um eine Wasserstoffproduktion, welche durch die auf die negative Elektroden abgeschiede- nen Verunreinigungen verursacht wird, sowie eine Rekontamination der Elektrolytflüssigkeit durch ein Lösen der auf die negativen Elektroden abgeschiedenen Verunreinigungen zu verhindern, können während oder nach dem Reinigungsverfahren die negativen Elektroden der negativen Halbzellen der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie einer Reinigung unterzogen werden um die beschichteten Verunreinigungen zu entfernen. Dies kann also nach der Durchführung des Reinigungsverfahrens der Elektrolytflüssigkeit oder während einer Unterbrechung des Reinigungsverfahrens durchgeführt werden. Diese Reinigung der negativen Elektroden kann chemisch, z.B. unter Verwendung eines Oxidationsstoffes wie, z.B. positiv geladener Elektrolytflüssigkeit, Wasserstoffperoxid H202, oder elektrochemisch erfolgen. Dabei muss sich die Reinigungs-Redox-Durchfluss-Batterie im Leerlauf befinden. Wird eine positiv geladene Elektrolytflüssigkeit zur Reinigung der negativen Elektroden verwendet, so nimmt die, vorzugsweise reine, positive Elektrolytflüssigkeit natürlich die Verunreinigungen auf. Dies kann natürlich nur so lange erfolgen, bis die positive Elektrolytflüssigkeit einen gewissen Grad an Verunreinigungen aufweist, woraufhin die positive Elektrolytflüssigkeit einer Reinigung unterzogen werden, oder auch entsorgt werden, kann. In order to prevent hydrogen production caused by the impurities deposited on the negative electrodes, as well as recontamination of the electrolyte liquid by dissolving the impurities deposited on the negative electrodes, during or after the cleaning process, the negative electrodes of the negative half cells of the cleaning -Redox flow-through battery to be cleaned to remove the coated impurities. This can therefore be carried out after the execution of the cleaning process of the electrolyte liquid or during an interruption of the cleaning process. This cleaning of the negative electrodes can be carried out chemically, for example using an oxidizing agent such as, for example, a positively charged electrolyte liquid, hydrogen peroxide H 2 O 2 , or electrochemically. The purge redox flow battery must be idle. When a positively charged electrolyte liquid is used to clean the negative electrodes, the, preferably pure, positive electrolyte liquid naturally picks up the impurities. Of course, this can only take place until the positive electrolyte liquid has a certain degree of impurities, whereupon the positive electrolyte liquid can be subjected to purification, or even disposed of.
Mit dem beschriebenen Reinigungsverfahren werden in erster Linie metallische Verunreinigungen entfernt, indem sie auf die negativen Elektroden beschichtet werden. Das Reinigungsverfahren kann so lange durchgeführt werden, bis der Anteil der Verunreinigungen der Elektrolytflüssigkeit einen oder mehrere der folgenden Grenzwerte erreicht bzw. unterschreitet: 0.5 Massen-ppm Cu; 1 Massen-ppm As, Pb, Sb; 0,1 Massen-ppm Rh, Ru, Au, Ag und andere Elemente der Pt-Gruppe. Als Nebeneffekt werden bei Anwendung des Verfahrens auch andere, jedoch bei Verwendung der Elektrolytflüssigkeit einer Redox-Durchflussbatterie den ordnungsgemäßen Betrieb ebendieser nicht beeinträchtigenden Stoffe, wie Sn, Pn, Bi auf die negativen Elektroden abgeschieden und damit aus der Elektrolytflüssigkeit entfernt.The cleaning method described above primarily removes metallic contaminants by coating them on the negative electrodes. The cleaning process can be carried out until the proportion of the impurities in the electrolyte liquid reaches or falls below one or more of the following limits: 0.5 mass ppm Cu; 1 mass ppm As, Pb, Sb; 0.1 mass ppm Rh, Ru, Au, Ag and other elements of the Pt group. As a side effect when using the method, other, but when using the electrolyte liquid of a redox flow battery, the proper operation ebendieser non-interfering substances, such as Sn, Pn, Bi deposited on the negative electrode and thus removed from the electrolyte liquid.
Es wird allerdings auch der Anteil an Schwefeldioxid S02 der Elektrolytflüssigkeit verringert, allerdings nicht Durch Abscheidung auf die negativen Elektroden, sondern durch Oxidation, bzw. Reduktion. Schwefeldioxid S02 führt in einer Vanadium-Elektrolytflüssigkeit im laufenden Betrieb ebenso zu einer erhöhten Wasserstoffbildung, weswegen die Verringerung von Schwefeldioxid S02 eine vorteilhafte Wirkung darstellt. However, the proportion of sulfur dioxide S0 2 of the electrolyte liquid is reduced, but not by deposition on the negative electrodes, but by oxidation, or reduction. Sulfur dioxide S0 2 leads in a vanadium electrolyte liquid during operation also to increased hydrogen formation, which is why the reduction of sulfur dioxide S0 2 represents an advantageous effect.
Das Reinigungsverfahren kann insbesondere auf eine Vanadium-Elektrolytflüssigkeit ange- wendet werden. Die Vanadium-Elektrolytflüssigkeit wird also durch die elektrochemische The cleaning method can be applied in particular to a vanadium electrolyte liquid. The vanadium electrolyte liquid is thus by the electrochemical
Reduzierung der Elektrolytflüssigkeit in den negativen Halbzellen als zweiwertiges Vanadium
V gebildet, welches als Indikator für einen erfolgreich initiierten Reinigungsprozess dient. Dabei kann ab Anteilen von 0,001 M V" von einem aktiven Reinigungsprozess ausgegangen werden. Reduction of the electrolyte liquid in the negative half-cells as divalent vanadium V, which serves as an indicator of a successfully initiated cleaning process. It can be assumed from shares of 0.001 MV "of an active cleaning process.
Es können natürlich auch andere Elektrolytflüssigkeiten, wie beispielsweise Eisen-Chrom- Elektrolytflüssigkeiten (somit geeignet für eine Eisen-Chrom-Redox-Durchfluss-Batterie) auf die beschriebene Weise gereinigt werden. Wichtig ist, dass die positive und negative Elektrolytflüssigkeit mischbar sind, d.h. chemisch weitgehend ähnlich sind bzw. nur einen anderen Oxidationszustand aufweisen (wie z.B. V2+ und V3+, V02+ und V02 + im Falle der Vanadium- Redox-Durchflussbatterie). Of course, other electrolyte fluids, such as iron-chromium electrolyte fluids (thus suitable for an iron-chromium redox flow-through battery) may also be cleaned in the manner described. It is important that the positive and negative electrolyte liquid are miscible, ie are chemically substantially similar or have only a different oxidation state (such as V 2+ and V 3+ , V0 2+ and V0 2 + in the case of the vanadium redox flow battery ).
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt The subject invention will be explained in more detail below with reference to Figures 1 to 5, which show by way of example, schematically and not by way of limitation advantageous embodiments of the invention. It shows
Fig.1 eine Redox-Durchflussbatterie mit einem Zellstack, 1 shows a redox flow battery with a cell stack,
Fig.2 einen Schnitt durch den Zellstack, 2 shows a section through the cell stack,
Fig.3a und b eine erste Ausführungsform des Reinigungsverfahrens, 3a and b a first embodiment of the cleaning process,
Fig.4a und b eine zweite Ausführungsform des Reinigungsverfahrens, 4a and b show a second embodiment of the cleaning method,
Fig.5a und b eine dritte Ausführungsform des Reinigungsverfahrens. 5a and b, a third embodiment of the cleaning process.
Mit Bezugnahme auf Fig.1 und 2 wird der hinlänglich bekannte Aufbau einer üblichen Redox- Durchflussbatterie 1 nach dem Stand der Technik erläutert. Ein Zellstack 2 einer Redox- Durchflussbatterie 1 umfasst eine Mehrzahl von Zellen 4. Jede Zelle wird aus einer positiven Halbzelle 42 und einer negativen Halbzelle 41 gebildet, es sind also im Zellstack 2 positive Halbzellen 42 und negative Halbzellen 41 abwechselnd angeordnet. Zwischen der positiven Halbzelle 42 und der negativen Halbzelle 41 einer Zelle 4 ist jeweils eine semipermeable Membran 6, typischerweise eine lon-Austauschmembran (Kation- und/oder oder Anion- Austauschmembran, z.B. Nafion®) angeordnet. Zwischen zwei benachbarten Zellen 4 ist eine Elektrodenplatte 7, z.B. eine bipolare Platte, angeordnet. In den Rahmen 401 der positiven Halbzellen 42 sind jeweils eine positive Elektroden 422 angeordnet, in den Rahmen 401 der negativen Halbzellen 41 sind jeweils negative Elektroden 412 angeordnet. Die positiven Elektroden 422 und negativen Elektroden 412 sind üblicherweise als Matten aus Karbon- oder Graphitfasern ausgeführt. Über Ausnehmungen 80 in den Rahmen 401 der Halbzellen 40, bzw. Zellen 4 werden im Normalbetrieb anhand der Pumpen 71 ,72 elektrisch unterschiedlich geladene Elektrolytflüssigkeiten durch die Zellen 4 gepumpt, wobei in einer Zelle 4, bzw. der jeweiligen positiven Halbzelle 42 jeweils die positive Elektrode 422 von der positiven Elektrolytflüssigkeit und die negative Elektrode 412 der negativen Halbzelle 41 von der negativen Elektrolytflüssigkeit durchströmt wird. Bei einigen Typen von Redox-
Durchflussbatterien 1 , wie z.B. einer Vanadium-Redox-Durchflussbatterie oder einer Vanadi- um-Polyhalit-Batterie, sind die beiden Elektrolytflüssigkeiten chemisch weitgehend ähnlich bzw. weisen nur einen anderen Oxidationszustand auf (z.B. V2+ und V3+, V02+ und V02 +).With reference to Figures 1 and 2, the well-known construction of a conventional redox flow battery 1 according to the prior art will be explained. A cell stack 2 of a redox flow battery 1 comprises a plurality of cells 4. Each cell is formed from a positive half-cell 42 and a negative half-cell 41, so there are 2 positive half-cells 42 and negative half-cells 41 arranged alternately in the cell stack. Between the positive half cell 42 and the negative half cell 41 of a cell 4, a semipermeable membrane 6, typically an ion exchange membrane (cation and / or anion exchange membrane, eg Nafion®), is arranged in each case. Between two adjacent cells 4, an electrode plate 7, for example a bipolar plate, is arranged. In the frame 401 of the positive half-cells 42, a positive electrode 422 are respectively arranged, in the frame 401 of the negative half-cells 41 each negative electrodes 412 are arranged. The positive electrodes 422 and negative electrodes 412 are usually designed as mats of carbon or graphite fibers. About recesses 80 in the frame 401 of the half-cells 40, or cells 4 are pumped in normal operation by means of the pumps 71, 72 electrically differently charged electrolyte liquids through the cells 4, wherein in a cell 4, or the respective positive half-cell 42 respectively the positive Electrode 422 is flowed through by the positive electrolyte liquid and the negative electrode 412 of the negative half cell 41 by the negative electrolyte liquid. For some types of redox Flow batteries 1, such as a vanadium redox flow battery or a vanadium polyhalite battery, the two electrolyte liquids are chemically similar or have only a different oxidation state (eg V 2+ and V 3+ , V0 2+ and V0 2 + ).
Fig.1 zeigt ebenso die Tanks 91 , 92 einer Redox-Durchflussbatterie 1 , in welchen üblicher- weise die Elektrolytflüssigkeiten für den Betrieb gespeichert sind. Im Normalbetreib, d.h. im Laufe der Energieerzeugung bzw. Energiespeicherung werden die Elektrolytflüssigkeiten unter Verwendung der Pumpen 71 ,72 zwischen den negativen Halbzellen 41 bzw. positiven Halbzellen 42 und den negativen bzw. positiven Tanks 91 ,92 umgewälzt. Die negativen bzw. positiven Tanks 91 ,92 können räumlich getrennte Behälter sein, können aber auch, bei- spielsweise als zwei, durch eine Trennwand abgeteilte Abteile in einem gemeinsamen Behälter gebildet sein. Der Zellstack 2 wird an den beiden axialen Enden durch eine Endplatte 60, beispielsweise aus Kunststoff gefertigt, abgeschlossen. Die Endplatten 60 werden durch Spannmittel 4, wie z.B. durchreichende Bolzen 41 , die mittels Muttern 52, Beilagscheiben 53 und Federn 54 verspannt, und pressen somit die Rahmen 401 der Halbzellen 40 des Zellstacks 2 zusammen. An den Endplatten 60 kann weiters ein elektrischer Anschluss 19 vorgesehen sein, über den die Stromabnehmer 3 im Inneren der Redox-Durchflussbatterie 1 an beiden Seiten der Redox-Durchflussbatterie 1 mit einem externen Stromkreis verbunden werden können. Aus Übersichtsgründen ist der elektrische Anschluss 19 nur in Fig. 1 dargestellt, und die Verbindung zwischen Stromabnehmer 3 und elektrischem Anschluss 19 nicht in den Figuren ersichtlich. Weiters sind im gezeigten Ausführungsbeispiel an den Endplatten 60 die Elektrolytflüssigkeitsanschlüsse für die Zu- und Abführung der Elektrolytflüssigkeiten vorgesehen. Dabei dient ein positiver Zufluss 921 um die positiven Halbzellen mit Elektrolytflüssigkeit (im Normalbetrieb also positiver Elektrolytflüssigkeit) zu versorgen und ein positiver Abfluss 922 um die Elektrolytflüssigkeit nach Durchfließen der positiven Halbzellen 42 in den jeweiligen den negativen bzw. positiven Tank 91 ,92 rückzuführen. Analog dient ein negativer Zufluss 91 1 um die negativen Halbzellen 41 mit Elektrolytflüssigkeit (im Normalbetrieb also negativer Elektrolytflüssigkeit) zu versorgen und ein negativer Abfluss 912 um die Elektrolytflüssigkeit nach Durchfließen der negativen Halbzellen 41 in den jeweiligen negativen bzw. positiven Tank 91 ,92 rückzuführen. Um ein mögliches Setzen der, beispielsweise elastischen, Rahmen der Zellen 4 durch den Anpressdruck zu verhindern, können zwischen den Endplatten 60 Abstandshalter 8 vorgesehen sein, um einen konstanten Abstand 8' zwischen den Endplatten 60 sicher zu stellen. 1 also shows the tanks 91, 92 of a redox flow battery 1, in which usually the electrolyte liquids are stored for operation. In normal operation, i. In the course of power generation or energy storage, the electrolyte liquids are circulated using the pumps 71, 72 between the negative half-cells 41 and positive half-cells 42 and the negative and positive tanks 91, 92, respectively. The negative or positive tanks 91, 92 may be spatially separate containers, but may also be formed, for example as two compartments divided by a dividing wall, in a common container. The cell stack 2 is completed at the two axial ends by an end plate 60, for example made of plastic. The end plates 60 are driven by tensioning means 4, e.g. passing through bolts 41, which clamped by means of nuts 52, washers 53 and springs 54, and thus compress the frame 401 of the half-cells 40 of the cell stack 2 together. Furthermore, an electrical connection 19 can be provided on the end plates 60, via which the current collectors 3 in the interior of the redox flow battery 1 can be connected to an external circuit on both sides of the redox flow battery 1. For reasons of clarity, the electrical connection 19 is shown only in FIG. 1, and the connection between the current collector 3 and the electrical connection 19 can not be seen in the figures. Furthermore, in the exemplary embodiment shown, the electrolyte liquid connections for the supply and removal of the electrolyte liquids are provided on the end plates 60. In this case, a positive inflow 921 is used to supply the positive half-cells with electrolyte liquid (in normal operation, ie positive electrolyte liquid) and a positive outflow 922 to return the electrolyte liquid after flowing through the positive half-cells 42 into the respective negative or positive tank 91, 92. Analog serves a negative inflow 91 1 to the negative half-cells 41 with electrolyte liquid (in normal operation so negative electrolyte liquid) to supply and a negative outflow 912 to return the electrolyte liquid after flowing through the negative half-cells 41 in the respective negative or positive tank 91, 92. In order to prevent a possible setting of, for example elastic, frames of the cells 4 by the contact pressure, spacers 8 may be provided between the end plates 60 in order to ensure a constant distance 8 'between the end plates 60.
Für den Betrieb der Redox-Durchflussbatterie 1 ist es anzustreben, die Verunreinigungen in der positiven und/oder negativen Elektrolytflüssigkeiten nieder zu halten, vorzugsweise unter 1 Gewichts-ppm. Verunreinigungen können As, Pb, Sb, Rh, Ru, Au, Ag, usw. sein. Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren kann durchgeführt werden, bis die Elektrolytflüssigkeit 101 als Verunreinigung 1 1 weniger als 0.5 Massen-ppm Cu und/oder unter 1 Massen-ppm
As, Pb, Sb und/oder jeweils unter 0,1 Massen-ppm Rh, Ru, Au, Ag und/oder anderer Elemente der Platingruppe aufweist. Zur Reinigung der Elektrolytflüssigkeit wird dabei erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen. For the operation of the redox flow battery 1, it is desirable to keep the impurities in the positive and / or negative electrolyte liquids low, preferably below 1 ppm by weight. Impurities can be As, Pb, Sb, Rh, Ru, Au, Ag, etc. The cleaning method according to the invention can be carried out until the electrolyte liquid 101 as impurity 1 1 less than 0.5 mass ppm Cu and / or below 1 ppm by mass As, Pb, Sb, and / or less than 0.1 ppm by mass each of Rh, Ru, Au, Ag, and / or other platinum group elements. To clean the electrolyte liquid according to the invention, the procedure is as follows.
Beispielhaft wird als zu reinigende Elektrolytflüssigkeit 101 eine Vanadium-Elektrolyt- flüssigkeit verwendet. Die Elektrolytflüssigkeit 101 besteht aus einem Verhältnis von V'":VIV von etwa 50:50, wie sie beispielsweise auch durch Mischen positiver und negativer Elektrolytflüssigkeit einer Vanadium-Redox-Durchflussbatterie wie in Fig.1 dargestellt entsteht oder auch durch die im Stand der Technik bekannten Methoden erzeugt werden kann. Es ist in der Elektrolytflüssigkeit 101 also ein gewisser Grad an Verunreinigungen 1 1 vorhanden, wel- eher zu verringern ist. Es kann für die Anwendung des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens als Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie V eine Redox-Durchflussbatterie 1 , wie sie in Fig.1 und Fig.2 beschrieben ist, verwendet werden, wobei eine sonst zum Laden üblicherweise verwendete Spannung V in der Höhe von z.B. 1 ,6V pro Zelle angelegt werden kann.As an example, a vanadium electrolyte liquid is used as the electrolyte liquid 101 to be cleaned. The electrolyte liquid 101 consists of a ratio of V '": V IV of about 50:50, as for example, by mixing positive and negative electrolyte liquid of a vanadium redox flow battery as shown in Figure 1 arises or by the in the state of Thus, a certain degree of impurities 11 is present in the electrolyte liquid 101, which is to be lessened to a certain extent. For the application of the cleaning method according to the invention as cleaning redox flow battery V, a redox flow battery 1 can be used , as described in Fig.1 and Fig.2, can be applied, whereby an otherwise commonly used for charging voltage V in the amount of, for example, 1, 6V per cell can be applied.
Im Verfahren nach Fig. 3a und 3b ist die zu reinigende Elektrolytflüssigkeit 101 in einem ers- ten Tank 91 ' gespeichert und eine zweite Elektrolytflüssigkeit 102 in einem zweiten Tank 92' gespeichert ist. Der erste Tank 91 ' und der zweite Tank 92' können die Tanks einer Reini- gungs-Redox-Durchflussbatterie 1 ', d.h. einer handelsüblichen Redox-Durchflussbatterie 1 sein, wie in Fig.1 dargestellt. Durch entsprechende Anschlüsse und/oder Umschaltventile, können die darin gespeicherten Elektrolytflüssigkeiten wie nachfolgend geschildert über die Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie V umgewälzt werden. Das kann auch grundlegend im Normalbetrieb der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie 1 ', bzw. der Redox- Durchflussbatterie 1 erfolgen, wobei natürlich keine positive und negative Elektrolytflüssigkeit einzeln umgewälzt werden, sondern die zu reinigende Elektrolytflüssigkeit wie oben ausgeführt aus einer Mischung aus positiver und negativer Elektrolytflüssigkeit besteht. In the process according to FIGS. 3 a and 3 b, the electrolyte liquid 101 to be purified is stored in a first tank 91 'and a second electrolyte liquid 102 is stored in a second tank 92'. The first tank 91 'and the second tank 92' may be the tanks of a purge redox flow battery 1 ', i. a commercial redox flow battery 1, as shown in Fig.1. By means of appropriate connections and / or switching valves, the electrolyte liquids stored therein can be circulated via the cleaning redox flow battery V as described below. This can also be done basically in normal operation of the cleaning redox flow battery 1 ', or the redox flow battery 1, of course, no positive and negative electrolyte liquid are circulated individually, but the electrolyte to be purified as stated above from a mixture of positive and negative Electrolyte fluid exists.
So wird die Elektrolytflüssigkeit 101 über den negativen Zufluss 91 1 und den negativen Ab- fluss 912 durch die negativen Halbzellen 41 der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie V umgewälzt und die zweite Elektrolytflüssigkeit 102 über den positiven Zufluss 921 und den positiven Abfluss 922 durch die positiven Halbzellen 42 der Reinigungs-Redox- Durchflussbatterie 1 ' umgewälzt. In der negativen Halbzelle 41 wird in der Elektrolytflüssig- keit 101 VIV zu V1" elektrochemisch reduziert, wobei in weiterer Folge ein Teil des V1" zu V" elektrochemisch reduziert wird. Dabei wird in der negativen Halbzelle 41 eine Konzentration von mehr als 0,001 M an V" erreicht, was einen Indikator für das für die Reinigung notwendiges Ambiente darstellt. Somit werden die, in der Regel metallischen, Verunreinigungen 1 1 elektrochemisch oder chemisch auf die negativen Elektroden 412 der negativen Halbzellen 41 der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie 1 ' beschichtet, z.B. im Rahmen der Reaktion 2V2+ + Cu2+ <-> 2V3+ + Cu. Als rein elektrochemische Reaktion kann beispielsweise Cu2+ +
2e" -> Cu erfolgen, wobei diese elektrochemische Reaktion parallel zur üblichen Redox- Reaktion Reaktion V3+ + e" -» V2+ abläuft. Thus, the electrolyte liquid 101 is circulated through the negative half-cells 41 of the purifying redox flow battery V via the negative inflow 91 1 and the negative flow 912, and the second electrolyte liquid 102 is circulated through the positive inflow 921 and the positive outflow 922 through the positive half-cells 42 of the cleaning redox flow battery 1 'circulated. In the negative half-cell 41 101 V IV is reduced electrochemically to V 1 "in the electrolyte liquid, with a subsequent reduction of a part of the V 1 " to V "by electrochemical means 0.001 M at V ", which is an indicator of the atmosphere required for cleaning. Thus, the impurities 1, typically metallic, are electrochemically or chemically coated on the negative electrodes 412 of the negative half-cells 41 of the cleaning redox flow battery 1 ', eg in the reaction 2V 2+ + Cu 2+ <-> 2V 3+ + Cu. As a purely electrochemical reaction, for example, Cu 2+ + 2e " -> Cu, whereby this electrochemical reaction proceeds parallel to the usual redox reaction reaction V 3+ + e " - »V 2+ .
Vorzugsweise wird, um das Reinigungsverfahren zu beschleunigen, die Elektrolytflüssigkeit Preferably, to accelerate the cleaning process, the electrolyte liquid
101 und die zweite Elektrolytflüssigkeit 102 während des Reinigungsverfahrens kontinuierlich miteinander vermischt. Dies erfolgt hier, indem während des Reinigungsverfahrens ein Anteil101 and the second electrolyte liquid 102 are continuously mixed together during the cleaning process. This is done here by adding a portion during the cleaning process
101 ' der Elektrolytflüssigkeit 101 nach dem Durchlaufen der negativen Halbzellen 41 in den zweiten Tank 92 rückgeführt wird. Zudem wird ein Anteil 102' der zweiten Elektrolytflüssigkeit101 'of the electrolyte liquid 101 is returned to the second tank 92 after passing through the negative half-cells 41. In addition, a portion 102 'of the second electrolyte liquid
102 nach einem Durchlaufen der positiven Halbzellen 42 in den ersten Tank 91 ' rückgeführt. Diese Vermischung kann prinzipiell kontinuierlich oder chargenweise erfolgen, wobei die Rate der Vermischung durch ein (nicht dargestelltes) Ventil geregelt werden kann. 102 after passing through the positive half-cells 42 in the first tank 91 'recycled. This mixing can in principle be continuous or batchwise, whereby the rate of mixing can be regulated by a valve (not shown).
Bei diesem Verfahren können jedoch thermische Probleme auftreten, da sich die Elektrolytflüssigkeit durch den Vermischungsprozess erhitzt, da die Elektrolytflüssigkeit 101 und die zweite Elektrolytflüssigkeit 102 durch den Reinigungsprozess unterschiedliche Redox- Potentiale erreichen. Während des Reinigungsvorgangs sollte eine Temperatur der Elektro- lytflüssigkeit 40 °C nicht überschreiten. Daher kann im ersten Tank 91 ' und im zweiten Tank 92' ein Wärmetauscher 93 zur Abführung von thermischer Energie vorgesehen sein, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gezeigt. Würden die negative und positive Elektrolytflüssigkeit nach Durchlauf durch die jeweiligen Halbzellen nicht kontinuierlich oder in Chargen vermischt werden, sondern komplett miteinander gemischt werden, so wäre ohne Verwendung eines Wärmetauschers 93 ein Temperaturanstieg von etwa 26°C zu erwarten. Wenn von einer Basisbetriebstemperatur von 30°C ausgegangen wird, so würde die Elektrolytflüssigkeit eine Temperatur von 56°C erreichen und damit die angestrebte Maximaltemperatur von 40°C überschreiten. So werden, wie erwähnt, vorzugsweise ca. 10% der Elektrolytflüssigkeit nach jedem Durchlauf durch die jeweiligen Halbzellen vermischt, womit der Temperaturan- stieg auf etwa 3°C begrenzt werden kann. Damit wird bei einer angenommenen Basisbetriebstemperatur von 30°C die angestrebte Maximaltemperatur von 40°C nicht erreicht. Somit müssen die Rate der Vermischung und die Leistung des Wärmetauschers aufeinander abgestimmt zu werden, um die angestrebte Maximaltemperatur nicht zu erreichen. In this method, however, thermal problems may occur because the electrolytic liquid is heated by the mixing process because the electrolytic liquid 101 and the second electrolytic liquid 102 reach different redox potentials by the cleaning process. During the cleaning process, a temperature of the electrolyte fluid should not exceed 40 ° C. Therefore, in the first tank 91 'and in the second tank 92', a heat exchanger 93 for discharging thermal energy may be provided as shown in the embodiment of FIG. If the negative and positive electrolytic liquid were not mixed continuously or in batches after passing through the respective half-cells, but were completely mixed with one another, a temperature rise of about 26 ° C. would be expected without the use of a heat exchanger 93. If a base operating temperature of 30 ° C is assumed, then the electrolyte liquid would reach a temperature of 56 ° C and thus exceed the target maximum temperature of 40 ° C. Thus, as mentioned, preferably about 10% of the electrolyte liquid is mixed after each pass through the respective half-cells, whereby the temperature increase can be limited to about 3 ° C. Thus, with an assumed basic operating temperature of 30 ° C, the target maximum temperature of 40 ° C is not reached. Thus, the rate of mixing and the performance of the heat exchanger must be coordinated so as not to reach the target maximum temperature.
Auch kann es durch die von Verunreinigungen 1 1 hervorgerufene Wasserstoffbildung in der Elektrolytflüssigkeit 101 , d.h. in der negativen Halbzelle 41 , dazu kommen, dass weniger Vanadium mit der Oxidationszahl +2 vorhanden ist, als Vanadium mit der Oxidationszahl +5 in der zweiten Elektrolytflüssigkeit 102, d.h. in der positiven Halbzelle 42. Damit würde sich also ein Ungleichgewicht im Ladezustand der Elektrolytflüssigkeit 101 und der zweiten Elektrolytflüssigkeit 102 ergeben und sich die Oxidationszahl der Elektrolytflüssigkeit 101 von an- fänglichen +3,50 in Richtung +4 verschieben, wobei das Ausmaß dieses Effekts von der Dauer der Anwendung des Reinigungsverfahrens und die anfängliche Konzentration der Verunreinigungen 1 in der Elektrolytflüssigkeit 101 abhängt. Um diese Effekt umzukehren
kann beispielsweise eine chemische Reduktion vorgesehen sein, wobei z.B. der zweiten Elektrolytflüssigkeit 102 Oxalsäure beigemischt werden kann. Alternativ kann die zweite Elektrolytflüssigkeit 102, die durch die positiven Halbzellen 42 umgewälzt wird, durch„frische" Elektrolytflüssigkeit ersetzt werden. Die Wasserstoffproduktion ist in erster Linie davon abhängig, wie lange die mit den Verunreinigungen 1 1 beschichtete negative Elektrode 412 in Kontakt mit der der Elektrolytflüssigkeit 101 steht. Daher ist prinzipiell eine noch schnelle Reduktion der Verunreinigungen 1 1 wünschenswert, da das soeben beschriebene Verfahren je nach zu reinigender Elektrolytflüssigkeit 101 einige Wochen dauert. Also, due to the hydrogen formation in the electrolyte liquid 101 caused by impurities 1 1, ie in the negative half cell 41, less vanadium with the oxidation number +2 may be present than vanadium with the oxidation number +5 in the second electrolyte liquid 102. ie in the positive half-cell 42. Thus, an imbalance in the charge state of the electrolyte liquid 101 and the second electrolyte liquid 102 would result and the oxidation number of the electrolyte liquid 101 would shift from +3.50 to +4, the extent of this effect depends on the duration of the application of the cleaning process and the initial concentration of the impurities 1 in the electrolyte liquid 101. To reverse this effect For example, a chemical reduction may be provided, wherein, for example, oxalic acid may be added to the second electrolyte liquid 102. Alternatively, the second electrolyte liquid 102, which is circulated through the positive half cells 42, may be replaced by "fresh" electrolyte liquid The production of hydrogen depends primarily on how long the negative electrode 412 coated with the contaminants 11 is in contact with the Electrolyte liquid 101. Therefore, in principle a still rapid reduction of the impurities 1 1 is desirable because the process just described takes a few weeks, depending on the electrolyte liquid 101 to be cleaned.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens wird daher in Fig. 4a und 4b skizziert. Hier wird die Elektrolytflüssigkeit 101 über den negativen Zufluss 91 1 und den negativen Abfluss 912 von einem ersten Tank 91 ' durch die negativen Halbzellen 41 der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie V umgewälzt. Durch die positiven Halbzellen 42 der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie V wird jedoch über den positiven Zufluss 921 und den positiven Abfluss 922 in einem zweiten Tank 92 gespeicherte Schwefelsäure S umgewälzt. Hierzu wird an die Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie 1 ', d.h. an die positiven Halbzellen 41 und die negativen Halbzellen 42 eine erhöhte Spannung V1 , die großer als die Spannung V ist, angelegt. Üblicherweise entspricht die erhöhte Spannung V1 etwa 2,5 V pro Zelle. Wie im in Fig. 3a und 3b skizzierten Verfahren, werden auch hier die Verunreinigungen 1 1 auf die negative Elektrode 412 beschichtet, d.h. dass z.B. wieder die chemische Reaktion Cu2+ + 2e" -> Cu eintritt. Es könnte auch wieder ein Katalysator zur Verringerung einesA further embodiment of the cleaning method according to the invention is therefore outlined in FIGS. 4a and 4b. Here, the electrolyte liquid 101 is circulated via the negative inflow 91 1 and the negative outflow 912 from a first tank 91 'through the negative half cells 41 of the purifying redox flow battery V. However, due to the positive half cells 42 of the cleaning redox flow battery V, sulfuric acid S stored in a second tank 92 is circulated via the positive inflow 921 and the positive outflow 922. For this purpose, an increased voltage V1, which is greater than the voltage V, is applied to the cleaning redox flow battery 1 ', ie to the positive half cells 41 and the negative half cells 42. Typically, the boosted voltage V1 is about 2.5V per cell. As in the process outlined in Fig. 3a and 3b, the impurities 11 are also coated on the negative electrode 412, ie, for example, the chemical reaction Cu 2 + + 2e " -> Cu occurs again Reducing one
Überpotentials im Rahmen der Sauerstoffentwicklung in den positiven Halbzellen 42 vorgesehen sein. Be provided overpotentials in the context of oxygen evolution in the positive half-cells 42.
Alternativ zur Schwefelsäure S kann im Reinigungsverfahren nach Fig. 4 reine Elektrolytflüssigkeit R, bestehend aus einer Mischung von negativer und positiver Elektrolytflüssigkeit, vorzugsweise im Verhältnis 50:50, verwendet und damit vom zweiten Tank 92 durch die positiven Halbzellen 42 umgewälzt werden. Für die Definition von„Rein" können hier die gleichen Grenzwerte an Verunreinigungen, wie sie für die Elektrolytflüssigkeit 101 erreicht werden sollen, angesehen werden, d.h. 0.5 Massen-ppm Cu; 1 Massen-ppm As, Pb, Sb; 0,1 Massen-ppm Rh, Ru, Au, Ag und Elemente der Pt-Gruppe. As an alternative to sulfuric acid S, pure electrolyte liquid R, consisting of a mixture of negative and positive electrolyte liquid, preferably in the ratio 50:50, can be used in the cleaning process according to FIG. 4 and thus circulated by the second tank 92 through the positive half cells 42. For the definition of "pure", the same limit values of impurities as are to be achieved for the electrolyte liquid 101 can be considered here, ie 0.5 mass ppm Cu, 1 mass ppm As, Pb, Sb, 0.1 mass ppm. ppm Rh, Ru, Au, Ag and elements of the Pt group.
In Fig. 5a und 5b ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens dargestellt. Es wird die Elektrolytflüssigkeit 101 von einem ersten Tank 91 ' über den negativen Zufluss 91 1 durch die negativen Halbzellen 41 des Zellstacks 2 der Reinigungs- Redox-Durchflussbatterie V gepumpt. Weiter wird die Elektrolytflüssigkeit 101 von den negativen Halbzellen 41 über den negativen Abfluss 912 in den zweiten Tank 92 gepumpt und weiter vom zweiten Tank 92 durch über den positiven Zufluss 921 in die positiven Halbzellen 42 des Zellstacks 2 der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie V gepumpt. Vom positiven Abfluss 922 fließt die Elektrolytflüssigkeit 101 wieder zurück in den ersten Tank 91 '. Der Vor-
gang der Reinigung entspricht dabei dem mit Bezugnahme auf die Fig.3 beschriebenen Vorgang. FIGS. 5a and 5b show a third embodiment of the cleaning method according to the invention. The electrolyte liquid 101 is pumped from a first tank 91 'via the negative inflow 91 1 through the negative half cells 41 of the cell stack 2 of the cleaning redox flow battery V. Further, the electrolyte liquid 101 is pumped from the negative half-cells 41 via the negative drain 912 in the second tank 92 and further pumped from the second tank 92 through the positive inflow 921 in the positive half-cells 42 of the cell stack 2 of the cleaning redox flow battery V. From the positive drain 922, the electrolyte liquid 101 flows back into the first tank 91 '. The pros The cleaning process corresponds to the procedure described with reference to FIG.
Zudem können während oder nach dem Reinigungsverfahren die negativen Elektroden 412 der negativen Halbzellen 41 der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie V einer Reinigung unterzogen werden, um die auf die negativen Elektroden 412 beschichteten Verunreinigungen 1 1 zu entfernen. In addition, during or after the cleaning process, the negative electrodes 412 of the negative half cells 41 of the cleaning redox flow battery V may be subjected to cleaning to remove the impurities 1 1 coated on the negative electrodes 412.
Es kann zudem die zweite Elektrolytflüssigkeit 102 in den positiven Halbzellen 42 zu einer Mischung aus VIV und Vv oxidiert werden.
In addition, the second electrolyte liquid 102 in the positive half cells 42 can be oxidized to a mixture of V IV and V v .
Claims
1 . Reinigungsverfahren zum Verringern von Verunreinigungen (1 1 ) einer Elektrolytflüssigkeit (101 ) geeignet für eine Redox-Durchflussbatterie, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytflüssigkeit (101 ) aus einer Mischung von negativer und positiver Elektrolytflüssigkeit der Redox-Durchflussbatterie, vorzugsweise im Verhältnis 50:50, besteht und die Elektrolytflüssigkeit (101 ) von einem ersten Tank (91 ') durch negative Halbzellen (41 ) eines Zellstacks (2) einer Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie (1 ') umgewälzt wird, wodurch die Elektrolytflüssigkeit (101 ) die negativen Halbzellen (41 ) durchläuft, dass eine Spannung an den Zellstack (2) der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie (1 ') angelegt wird und die Elektrolytflüssigkeit (101 ) in den negativen Halbzellen (41 ) dabei elektrochemisch reduziert wird, und dass zumindest ein Teil der Verunreinigungen (1 1 ) der Elektrolytflüssigkeit (101 ) dabei auf negative Elektroden (412) der negativen Halbzellen (41 ) beschichtet wird. 1 . A cleaning method for reducing impurities (1 1) of an electrolyte fluid (101) suitable for a redox flow battery, characterized in that the electrolyte fluid (101) consists of a mixture of negative and positive electrolyte fluid of the redox flow battery, preferably in the ratio 50:50, and the electrolyte liquid (101) is circulated from a first tank (91 ') through negative half cells (41) of a cell stack (2) of a purifying redox flow battery (1'), whereby the electrolyte liquid (101) distributes the negative half cells (41 ) is applied by applying a voltage to the cell stack (2) of the cleaning redox flow battery (1 ') and thereby electrochemically reducing the electrolyte liquid (101) in the negative half cells (41), and at least some of the contaminants ( 1 1) of the electrolyte liquid (101) thereby coated on negative electrodes (412) of the negative half-cells (41) becomes.
2. Reinigungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem zweiten Tank (92') befindliche, aus einer Mischung von negativer und positiver Elektrolytflüssigkeit, vorzugsweise im Verhältnis 50:50, bestehende zweite Elektrolytflüssigkeit (102) durch positive Halbzellen (42) der Reinigungs-Redox-Durchflussbatterie (1 ) umgewälzt wird, womit die zweite Elektrolytflüssigkeit (102) die positiven Halbzellen (42) durchläuft. 2. Cleaning method according to claim 1, characterized in that in a second tank (92 ') located, consisting of a mixture of negative and positive electrolyte liquid, preferably in the ratio 50:50, second electrolyte liquid (102) by positive half-cells (42) the purifying redox flow battery (1) is circulated, whereby the second electrolyte liquid (102) passes through the positive half-cells (42).
3. Reinigungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektro- lytflüssigkeit (101 ) und zweite Elektrolytflüssigkeit (102) während des Reinigungsverfahrens kontinuierlich oder chargenweise miteinander vermischt wird. 3. Cleaning method according to claim 2, characterized in that the electrolyte lytflüssigkeit (101) and second electrolyte liquid (102) during the cleaning process is continuously or batchwise mixed together.
4. Reinigungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermischung während des Reinigungsverfahrens ein Anteil (101 ')der Elektrolytflüssigkeit (101 ) nach dem Durchlaufen der negativen Halbzellen (41 ) in den zweiten Tank (92') rückgeführt wird, und dass ein Anteil (102') der zweiten Elektrolytflüssigkeit (102) nach einem Durchlaufen der positiven Halbzellen (42) in den ersten Tank (91 ') rückgeführt wird. 4. A cleaning method according to claim 3, characterized in that for mixing during the cleaning process, a portion (101 ') of the electrolyte liquid (101) after passing through the negative half-cells (41) in the second tank (92') is recycled, and that Part (102 ') of the second electrolyte liquid (102) after passing through the positive half-cells (42) in the first tank (91') is recycled.
5. Reinigungsverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Tank (91 ') und/oder im zweiten Tank (92') ein Wärmetauscher (93) zur Abführung von thermischer Energie vorgesehen ist. 5. Cleaning method according to claim 3 or 4, characterized in that in the first tank (91 ') and / or in the second tank (92'), a heat exchanger (93) is provided for the discharge of thermal energy.
6. Reinigungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytflüssigkeit (101 ) von einem ersten Tank (91 ') durch die negativen Halbzellen (41 ) umgewälzt wird, dass Schwefelsäure (S) von einem zweiten Tank (92') durch die positiven Halbzellen (42) umgewälzt wird, und dass eine erhöhte Spannung (V1 ), die großer als die Spannung (V) ist, vorzugsweise 2,5 V pro Zelle (4), an die positiven Halbzellen (41 ) und die nega- tiven Halbzellen (42) angelegt wird.
6. A cleaning method according to claim 1, characterized in that the electrolyte liquid (101) is circulated from a first tank (91 ') through the negative half-cells (41), sulfuric acid (S) from a second tank (92') through the positive Half cells (42) is circulated, and that an increased voltage (V1), which is greater than the voltage (V), preferably 2.5 V per cell (4), to the positive half-cells (41) and the negative half-cells (42) is created.
7. Reinigungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den positiven Halbzellen (42) ein Katalysator zur Reduzierung eines Überpotentials vorgesehen ist.7. Cleaning method according to claim 6, characterized in that in the positive half-cells (42) a catalyst for reducing an overpotential is provided.
8. Reinigungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytflüssigkeit (101 ) von einem ersten Tank (91 ') durch die negativen Halbzellen (41 ) umge- wälzt wird, dass reine Elektrolytflüssigkeit (R), bestehend aus einer Mischung von negativer und positiver Elektrolytflüssigkeit, vorzugsweise im Verhältnis 50:50, von einem zweiten Tank (92') durch die positiven Halbzellen (42) umgewälzt wird. 8. Cleaning method according to claim 1, characterized in that the electrolyte liquid (101) is circulated from a first tank (91 ') through the negative half-cells (41), that pure electrolyte liquid (R) consisting of a mixture of negative and positive electrolytic liquid, preferably in the ratio 50:50, from a second tank (92 ') through the positive half-cells (42) is circulated.
9. Reinigungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytflüssigkeit (101 ) von einem ersten Tank (91 ') durch die negativen Halbzellen (41 ) des Zellstacks (2) gepumpt wird, von den negativen Halbzellen (41 ) einen zweiten Tank (92') gepumpt wird und vom zweiten Tank (92') durch die positiven Halbzellen (42) des Zellstacks (2) gepumpt wird. 9. Cleaning method according to claim 1, characterized in that the electrolyte liquid (101) is pumped from a first tank (91 ') through the negative half cells (41) of the cell stack (2), of the negative half cells (41) a second tank ( 92 ') is pumped and pumped from the second tank (92') through the positive half-cells (42) of the cell stack (2).
10. Reinigungsverfahren nach Anspruch 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytflüssigkeit (101 ) nach Abschluss des Reinigungsverfahrens oxidiert wird. 10. Cleaning method according to claim 5 or 9, characterized in that the electrolyte liquid (101) is oxidized after completion of the cleaning process.
1 1 . Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach dem Reinigungsverfahren die negativen Elektroden (412) der negativen Halbzellen (41 ) einer Reinigung unterzogen werden um die auf die negativen Elektroden (412) beschichteten Verunreinigungen (1 1 ) zu entfernen. 1 1. Cleaning method according to one of claims 1 to 10, characterized in that during or after the cleaning process, the negative electrodes (412) of the negative half-cells (41) are subjected to a cleaning in order to remove the impurities (1 1) coated on the negative electrodes (412) ,
12. Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsverfahren durchgeführt wird, bis die Elektrolytflüssigkeit (101 ) weniger als 0.5 Massen-ppm Cu als Verunreinigung aufweist. 12. A cleaning method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that the cleaning process is carried out until the electrolyte liquid (101) has less than 0.5 mass ppm of Cu as an impurity.
13. Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsverfahren durchgeführt wird, bis die Elektrolytflüssigkeit (101 ) unter 1 Massen-ppm As, Pb, Sb als Verunreinigung aufweist. 13. A cleaning method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the cleaning process is performed until the electrolyte liquid (101) has less than 1 mass ppm of As, Pb, Sb as an impurity.
14. Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsverfahren durchgeführt wird, bis die Elektrolytflüssigkeit (101 ) jeweils unter 0,1 Massen-ppm der folgenden Elemente aufweist: Rh, Ru, Au, Ag und anderer Elemente der Pt-Gruppe. 14. A cleaning method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the cleaning process is carried out until the electrolyte liquid (101) each has less than 0.1 mass ppm of the following elements: Rh, Ru, Au, Ag and other elements of Pt-group.
15. Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytflüssigkeit (101 ) eine Vanadium-Elektrolytflüssigkeit darstellt und dass die elektrochemische Reduzierung der Elektrolytflüssigkeit (101 ) in den negativen Halbzellen (41 ) durch zweiwertiges Vanadium V" gebildet wird.
15. A cleaning method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the electrolyte liquid (101) is a vanadium electrolyte liquid and that the electrochemical reduction of the electrolyte liquid (101) in the negative half-cells (41) is formed by divalent vanadium V ".
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ATA51131/2016 | 2016-12-13 | ||
ATA51131/2016A AT519236B1 (en) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | Cleaning process for an electrolyte fluid of a redox flow battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2018108895A1 true WO2018108895A1 (en) | 2018-06-21 |
Family
ID=60702736
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2017/082406 WO2018108895A1 (en) | 2016-12-13 | 2017-12-12 | Cleaning method for an electrolyte liquid of a redox flow battery |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT519236B1 (en) |
WO (1) | WO2018108895A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020086645A1 (en) | 2018-10-23 | 2020-04-30 | Lockheed Martin Energy, Llc | Methods and devices for removing impurities from electrolytes |
CN114276871A (en) * | 2021-12-24 | 2022-04-05 | 雅安市中甫新能源开发有限公司 | Vanadium battery galvanic pile cleaning agent, preparation method thereof and galvanic pile cleaning method |
WO2023110799A1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | Enerox Gmbh | Purifying method for an electrolyte liquid of a redox flow battery |
CN117080491A (en) * | 2023-10-18 | 2023-11-17 | 液流储能科技有限公司 | Purification method of electrolyte of flow battery |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03192662A (en) * | 1989-12-21 | 1991-08-22 | Chiyoda Corp | Cell capacity recovery method for redox-flow cell |
WO2004082056A1 (en) * | 2003-03-14 | 2004-09-23 | Unisearch Limited | Novel vanadium halide redox flow battery |
WO2015126131A1 (en) * | 2014-02-20 | 2015-08-27 | 오씨아이 주식회사 | Redox flow battery |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2642572A4 (en) * | 2010-11-15 | 2015-03-04 | Wy Soon Myung | Electrode for redox flow battery, fabrication method thereof, apparatus and method for fabricating electrolyte for redox flow battery, device and method for measuring selected ion concentration of electrolyte, and stand-alone battery system |
JP6547002B2 (en) * | 2015-04-03 | 2019-07-17 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションUnited Technologies Corporation | Method of treating liquid electrolyte |
-
2016
- 2016-12-13 AT ATA51131/2016A patent/AT519236B1/en active
-
2017
- 2017-12-12 WO PCT/EP2017/082406 patent/WO2018108895A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03192662A (en) * | 1989-12-21 | 1991-08-22 | Chiyoda Corp | Cell capacity recovery method for redox-flow cell |
WO2004082056A1 (en) * | 2003-03-14 | 2004-09-23 | Unisearch Limited | Novel vanadium halide redox flow battery |
WO2015126131A1 (en) * | 2014-02-20 | 2015-08-27 | 오씨아이 주식회사 | Redox flow battery |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020086645A1 (en) | 2018-10-23 | 2020-04-30 | Lockheed Martin Energy, Llc | Methods and devices for removing impurities from electrolytes |
EP3870540A4 (en) * | 2018-10-23 | 2022-08-17 | Lockheed Martin Energy, LLC | Methods and devices for removing impurities from electrolytes |
US12074353B2 (en) | 2018-10-23 | 2024-08-27 | Lockheed Martin Energy, Llc | Methods and devices for removing impurities from electrolytes |
WO2023110799A1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | Enerox Gmbh | Purifying method for an electrolyte liquid of a redox flow battery |
AT525774A1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-07-15 | Enerox Gmbh | Cleaning method for an electrolytic liquid of a redox flow battery |
AT525774B1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-09-15 | Enerox Gmbh | Cleaning method for an electrolyte liquid of a redox flow battery |
CN114276871A (en) * | 2021-12-24 | 2022-04-05 | 雅安市中甫新能源开发有限公司 | Vanadium battery galvanic pile cleaning agent, preparation method thereof and galvanic pile cleaning method |
CN117080491A (en) * | 2023-10-18 | 2023-11-17 | 液流储能科技有限公司 | Purification method of electrolyte of flow battery |
CN117080491B (en) * | 2023-10-18 | 2024-02-09 | 液流储能科技有限公司 | Purification method of electrolyte of flow battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AT519236B1 (en) | 2018-05-15 |
AT519236A4 (en) | 2018-05-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1557065C3 (en) | Method for purifying a gas containing hydrogen or oxygen | |
AT401739B (en) | DEVICE FOR TREATING METAL CONTAINING LIQUIDS BY ION EXCHANGE AND SIMULTANEOUSLY OR PERIODICALLY REGENERATING THE ION EXCHANGE RESIN BY ELECTRODIALYSIS | |
DE2948579C2 (en) | ||
WO2018108895A1 (en) | Cleaning method for an electrolyte liquid of a redox flow battery | |
WO2013110421A1 (en) | System for generating and/or storing energy on an electrochemical basis | |
EP2847366A1 (en) | Electrolysis cell, in particular for use in a plant for producing an electrochemically activated sodium chloride solution, and plant having a number of such electrolysis cells | |
DE1667835B2 (en) | METHOD OF ELECTROLYTIC OXYDATION OF THALLIUM (I) OR CER (III) SALT SOLUTIONS | |
DE69303266T2 (en) | Method and device for regenerating a reducing agent | |
DE102015224578A1 (en) | BIPOLAR POWER COLLECTOR FOR A LITHIUM AIR BATTERY, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND LITHIUM AIR BATTERY WITH THE SAME | |
AT525774B1 (en) | Cleaning method for an electrolyte liquid of a redox flow battery | |
EP3539176B1 (en) | Termination assembly of a cell stack of a redox flow battery | |
DE68908992T2 (en) | Process for changing the ion valence and device therefor. | |
AT514391B1 (en) | Redox flow battery and method of reactivation | |
DE60111558T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING AND DESTRUCTING DELETED NITRATE | |
WO1993009865A1 (en) | Process, medium and device for electrodialytically regenerating the electrolyte of a galvanic bath or the like | |
DE112005002020B4 (en) | The fuel cell system | |
DE3203481C2 (en) | ||
DE19747076C2 (en) | Method and device for separating ¶7¶Li or boron from the primary cooling circuit of a nuclear power plant | |
DE1115715B (en) | Electrolytic cell for the regeneration of ion exchangers | |
DE4312600A1 (en) | Small desalination plant based on ion exchangers with electrolytically producible regeneration agents and process for their operation | |
DE102014225612A1 (en) | Process for the regeneration of the electrolyte solution of a redox flow accumulator | |
DE10004877A1 (en) | Process and electrolysis cell for reducing corrosive components in liquids | |
DE2045723A1 (en) | ||
DE102010042444A1 (en) | Process and device for separating ions from wastewaters, in particular from industrial process waters | |
DE19747077A1 (en) | Method and device for separating · 7 · Li from the primary cooling circuit of a nuclear power plant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17816725 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17816725 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |