Batería electroquímica que incorpora distribuidores internos.

Batería electroquímica, que comprende:

una pluralidad de celdas,

incluyendo cada celda unos compartimentos negativo y positivo para contener unasolución electrolítica; y

una placa distribuidora (1600), que comprende,

una cara exterior (1602), que comprende,

unos pasos de derivación de suministro (1608) para transportar la solución electrolítica a la pluralidad deceldas, y

unos pasos de derivación de retorno (1610) para recibir la solución electrolítica de la pluralidad de celdas;

y

una cara interior (1620), que comprende,

unos pasos de derivación de suministro (1626) para transportar la solución electrolítica a la pluralidad deceldas, y

unos pasos de derivación de retorno (1628) para recibir la solución electrolítica de la pluralidad de celdas,

en la que los pasos de derivación de suministro y retorno de las caras exterior e interior están configurados paraformar trayectos serpenteantes.

Batería electroquímica que incorpora distribuidores internos.

Campo técnico

La presente invención se refiere a sistemas de almacenamiento de energía electroquímica, en particular a sistemas y procedimientos para alimentar celdas electroquímicas con reactante. La presente solicitud es divisionaria de la solicitud de patente europea nº 07843164.0.

Breve descripción de los dibujos Los diversos aspectos y ventajas de la invención se describen a título de ejemplo en la siguiente descripción de varias formas de realización y dibujos adjuntos. Debería entenderse que los dibujos adjuntos representan solamente formas de realización típicas y, como tales, no debería considerarse que limitan el alcance de las reivindicaciones. Las formas de realización se describirán y explicarán de forma específica y detallada en referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la figura 1 es un diagrama de bloques de una forma de realización de un sistema de almacenamiento de energía electroquímica.

La figura 2 es un diagrama de bloques de una forma de realización alternativa de un sistema de almacenamiento de energía electroquímica.

La figura 3 es una vista explosionada de una forma de realización de un sistema de almacenamiento de energía electroquímica.

La figura 4 es una vista en planta de una forma de realización de un distribuidor exterior.

La figura 5 es una vista en planta del reverso del distribuidor exterior de la figura 4.

La figura 6 es una vista en planta de una forma de realización de un distribuidor interior.

La figura 7 es una vista en planta del reverso del distribuidor interior de la figura 6.

La figura 8 es una vista en perspectiva de una parte de una forma de realización de un sistema de almacenamiento de energía electroquímica.

La figura 9 es una vista en perspectiva de una parte de una forma de realización de un sistema de almacenamiento de energía electroquímica.

La figura 10 es una vista en perspectiva de una forma de realización de un bastidor de celdas.

La figura 11 es una vista en perspectiva de una parte del bastidor de celdas de la figura 10.

La figura 12 es una vista en perspectiva de una parte de una forma de realización alternativa de un bastidor de celdas.

La figura 13 es una vista en perspectiva de una parte de una forma de realización alternativa de un bastidor de

celdas.

La figura 14 es una vista en perspectiva de una parte de una forma de realización alternativa de un bastidor de celdas.

La figura 15 es una vista en perspectiva de una parte de una forma de realización alternativa de un bastidor de

celdas.

La figura 16 es una vista en perspectiva de la cara exterior de una forma de realización de un distribuidor de doble cara y lumbrera única.

La figura 17 es una vista en perspectiva de la cara interior del distribuidor de la figura 16.

La figura 18 es una vista en perspectiva de la cara exterior de una forma de realización de un distribuidor de doble cara y doble lumbrera.

La figura 19 es una vista en perspectiva de la cara interior del distribuidor de la figura 18.

Descripción detallada de formas de realización preferidas En la presente memoria, se describen formas de realización de un sistema de almacenamiento de energía electroquímica. En la siguiente descripción, numerosos detalles proporcionan una interpretación detallada de las formas de realización. No obstante, los expertos en la materia pertinente reconocerán que las formas de realización se pueden llevar a la práctica sin uno o más de los detalles específicos, o con otros procedimientos, componentes, materiales, etcétera. En otros casos, no se muestran o describen de forma detallada estructuras, materiales, u operaciones bien conocidos, para evitar complicar aspectos de la invención.

En toda esta memoria la referencia a “una forma de realización” significa que un rasgo, estructura, o característica particular descrito en relación con la forma de realización se incluye en por lo menos una forma de realización de la presente invención. De este modo, las apariciones de la expresión “en una forma de realización” en diversos lugares en toda la presente memoria descriptiva no se refieren necesariamente, todas ellas, a la misma forma de realización. Además, los rasgos, estructuras, o características particulares se pueden combinar de cualquier manera adecuada en una o más formas de realización. Las expresiones “conectada a”, “acoplada a”, y “en comunicación con” se refieren a cualquier forma de interacción entre dos o más entidades, incluyendo una comunicación mecánica, electromagnética, y fluídica. La expresión “en apoyo” se refiere a elementos que están en contacto mutuo o físico directo, aunque los mismos pueden no estar unidos entre sí.

Los sistemas de almacenamiento de energía, tales como las baterías electroquímicas, recargables, son una parte importante de los sistemas de alimentación eléctrica, particularmente sistemas de alimentación eléctrica alimentados por generadores de turbina eólica, células fotovoltaicas, o similares. Los sistemas de almacenamiento de energía también se pueden usar para: posibilitar el arbitraje de energía, la venta y compra de energía fuera de las horas punta; como fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS) para proporcionar alimentación auxiliar; y en aplicaciones de calidad de energía conjuntamente con una fuente de energía primaria.

En una forma de realización, una batería electroquímica genera energía eléctrica haciendo pasar soluciones electrolíticas de anolito y catolito a través de una o más celdas. Una batería electroquímica puede incluir un número y una configuración cualesquiera de celdas en función de las demandas instantáneas de energía del sistema. De forma similar, una batería electroquímica puede tener cantidades variables de solución electrolítica disponible para ella en función de las necesidades de capacidad de energía del sistema. El número de celdas puede determinar la cantidad de energía instantánea que es capaz de producir la batería electroquímica. El volumen de soluciones electrolíticas de anolito y catolito disponibles para la batería electroquímica define en general su capacidad de almacenamiento y producción de energía.

Resulta ventajoso disponer apilamientos de celdas electroquímicas en serie eléctricamente con trayectos de flujo paralelos de solución electrolítica. No obstante, en apilamientos cuyas soluciones electrolíticas reactantes son conductoras, se puede inducir una corriente eléctrica. Las pérdidas eléctricas asociadas a estas “corrientes de derivación” se conocen comúnmente como “pérdidas de derivación”. Estas pérdidas se producen debido a que existe un trayecto conductor entre celdas adyacentes que se encuentran a un potencial eléctrico diferente. Esta diferencia de potencial, que induce corriente y crea una pérdida de energía correspondiente, es pequeña entre celdas inmediatamente adyacentes. No obstante, cuando muchas celdas se combinan en un apilamiento, como es la práctica habitual, el potencial eléctrico que impulsa este flujo eléctrico aumenta. Así, la corriente eléctrica a través de las conexiones fluídicas se incrementa y las “pérdidas de derivación” aumentan en concordancia con la ley de potencia eléctrica, P=I2R.

Muchas pilas electroquímicas no padecen este problema, puesto que la conductividad de los fluidos de trabajo es bastante baja. Por ejemplo, las celdas de combustible que usan reactantes gaseosos presentan una conductividad baja. Una estrategia común usada en las pilas electroquímicas industriales, en donde el producto de la reacción electroquímica es una especie química, es inducir artificialmente una corriente eléctrica de compensación en las derivaciones para reducir el flujo de electrones entre celdas. No obstante, esto resulta poco práctico en una aplicación en la que el producto de la reacción es electricidad, ya que las pérdidas asociadas a esta técnica son significativas.

Otra estrategia usa burbujas de aire para reducir la conductividad efectiva de las conexiones del proceso. Este proceso es poco práctico, ya que el aparato requerido es caro, los beneficios son pequeños, y muchos reactantes se ven afectados negativamente por el aire.

Las celdas electroquímicas, ya sea su producto la electricidad o especies químicas, usan canales artificialmente largos o “derivaciones” en las entradas a las celdas. Estos hacen que aumente la longitud del trayecto del fluido y, por lo tanto, la resistencia eléctrica entre celdas adyacentes,... [Seguir leyendo]

1. Batería electroquímica, que comprende:

una pluralidad de celdas, incluyendo cada celda unos compartimentos negativo y positivo para contener una solución electrolítica; y una placa distribuidora (1600) , que comprende,

una cara exterior (1602) , que comprende, unos pasos de derivación de suministro (1608) para transportar la solución electrolítica a la pluralidad de celdas, y 15 unos pasos de derivación de retorno (1610) para recibir la solución electrolítica de la pluralidad de celdas; y una cara interior (1620) , que comprende,

unos pasos de derivación de suministro (1626) para transportar la solución electrolítica a la pluralidad de celdas, y unos pasos de derivación de retorno (1628) para recibir la solución electrolítica de la pluralidad de celdas,

en la que los pasos de derivación de suministro y retorno de las caras exterior e interior están configurados para formar trayectos serpenteantes.

2. Batería electroquímica según la reivindicación 1, en la que los pasos de derivación de suministro (1608, 1626) de las caras exterior e interior están configurados para formar trayectos paralelos y los pasos de derivación de retorno (1610, 1628) de las caras exterior e interior están configurados para formar trayectos paralelos.

3. Batería electroquímica según la reivindicación 1, en la que la cara exterior (1602) comprende:

una cavidad de entrada (1604) en comunicación con los pasos de derivación de suministro (1608) ; y 35 una cavidad de salida (1606) en comunicación con los pasos de derivación de retorno (1610) .

4. Batería electroquímica según la reivindicación 3, en la que la placa distribuidora (1600) comprende:

una abertura de entrada (1616) que se extiende a través de la placa distribuidora para permitir la comunicación entre las caras exterior e interior; y

una abertura de salida (1618) que se extiende a través de la placa distribuidora para permitir la comunicación con las caras exterior e interior. 45

5. Batería electroquímica según la reivindicación 4, en la que la cara interior (1620) comprende:

una cavidad de entrada (1622) en comunicación con los pasos de derivación de suministro de la cara interior y la abertura de entrada (1616) ; y

una cavidad de salida (1624) en comunicación con los pasos de derivación de retorno de la cara interior y la abertura de salida (1618) .

6. Batería electroquímica según la reivindicación 1, en la que la placa distribuidora (1600) comprende:

unas aberturas de suministro exteriores (1612) que se extienden a través de la placa distribuidora, estando cada abertura de suministro exterior en comunicación con un paso de derivación de suministro correspondiente de la cara exterior; y

unas aberturas de retorno exteriores (1614) que se extienden a través de la placa distribuidora, estando cada abertura de retorno exterior en comunicación con un paso de derivación de retorno correspondiente de la cara exterior.

7. Batería electroquímica según la reivindicación 6, en la que la cara interior (1620) comprende:

unos canales de suministro, estando cada canal de suministro en comunicación con una abertura de suministro exterior correspondiente (1612) ; y

unos canales de retorno, estando cada canal de retorno en comunicación con una abertura de retorno exterior correspondiente (1614) . 5

8. Batería electroquímica según la reivindicación 1, en la que la placa distribuidora (1600) comprende:

unas aberturas de suministro interiores que se extienden a través de la placa distribuidora, estando cada abertura de suministro interior en comunicación con un paso de derivación de suministro correspondiente de la 10 cara interior; y

unas aberturas de retorno interiores que se extienden a través de la placa distribuidora, estando cada abertura de retorno interior en comunicación con un paso de derivación de retorno correspondiente de la cara interior.

9. Batería electroquímica según la reivindicación 8, en la que la cara exterior (1602) comprende además:

unos canales de suministro, estando cada canal de suministro en comunicación con una abertura de suministro interior correspondiente; y

unos canales de retorno, estando cada canal de retorno en comunicación con una abertura de retorno interior correspondiente.

10. Batería electroquímica según la reivindicación 9, en la que la placa distribuidora (1600) comprende además:

unas segundas aberturas de suministro interiores, estando cada segunda abertura de suministro interior en comunicación con un canal de suministro correspondiente; y

unas segundas aberturas de retorno interiores, estando cada segunda abertura de retorno interior en comunicación con un canal de retorno correspondiente. 30

11. Batería electroquímica según la reivindicación 1, que comprende además:

un primer subapilamiento que comprende una pluralidad de celdas, en la que cada celda incluye un bastidor de celda, incluyendo cada celda un bastidor de celda, 35 una primera abertura positiva de canal de suministro en comunicación con la placa distribuidora,

una primera abertura positiva de canal de retorno en comunicación con la placa distribuidora,

una primera abertura negativa de canal de suministro en comunicación con la placa distribuidora,

una primera abertura negativa de canal de retorno en comunicación con la placa distribuidora,

una segunda abertura positiva de canal de suministro en comunicación con la placa distribuidora, 45 una segunda abertura positiva de canal de retorno en comunicación con la placa distribuidora,

un segundo canal negativo de suministro en comunicación con la placa distribuidora,

un segundo canal negativo de retorno en comunicación con la placa distribuidora,

un segundo subapilamiento que comprende una pluralidad de celdas, en la que cada celda incluye un bastidor de celda, incluyendo cada bastidor de celda,

una abertura positiva de canal de suministro en comunicación con la placa distribuidora y las segundas aberturas positivas de canal de suministro del primer subapilamiento,

una abertura positiva de canal de retorno en comunicación con la placa distribuidora y las segundas aberturas positivas de canal de retorno del primer subapilamiento,

una abertura negativa de canal de suministro en comunicación con la placa distribuidora y las segundas aberturas negativas de canal de suministro del primer subapilamiento, y

una abertura negativa de canal de retorno en comunicación con la placa distribuidora y las segundas 65 aberturas negativas de canal de retorno del primer subapilamiento.

12. Batería electroquímica según la reivindicación 1, que comprende además:

un primer subapilamiento que comprende,

una pluralidad de celdas,

un primer canal positivo de suministro para transportar una solución electrolítica a las celdas del primer subapilamiento,

un primer canal negativo de suministro para transportar una solución electrolítica a las celdas del primer subapilamiento,

un primer canal positivo de retorno para retornar la solución electrolítica de las celdas del primer subapilamiento,

un primer canal negativo de retorno para retornar la solución electrolítica de las celdas del primer subapilamiento,

un segundo canal positivo de suministro 20 un segundo canal negativo de suministro,

un segundo canal positivo de retorno,

un segundo canal negativo de retorno; y

un segundo subapilamiento que comprende,

una pluralidad de celdas,

un canal positivo de suministro en comunicación con el segundo canal positivo de suministro del primer subapilamiento,

un canal negativo de suministro en comunicación con el segundo canal negativo de suministro del primer 35 subapilamiento,

un canal positivo de retorno en comunicación con el segundo canal positivo de retorno del primer subapilamiento, y

un canal negativo de retorno en comunicación con el segundo canal negativo de retorno del primer subapilamiento.

13. Placa distribuidora (1800) para su utilización en una batería electroquímica, comprendiendo la placa distribuidora:

una cara exterior (1802) , que comprende, unos pasos de derivación de suministro (1808) , unos pasos de derivación de retorno (1810) ,

una abertura de entrada (1828) , una abertura de salida (1830) ,

unas aberturas de suministro exteriores (1812) que se extienden a través de la placa distribuidora, estando cada abertura de suministro exterior en comunicación con un paso de derivación de suministro correspondiente de la cara exterior, y

unas aberturas de retorno exteriores (1814) que se extienden a través de la placa distribuidora, estando cada 60 abertura de retorno exterior en comunicación con un paso de derivación de retorno correspondiente de la cara exterior; y una cara interior (1832) , que comprende, 65 unos pasos de derivación de suministro (1836) en comunicación con la abertura de entrada,

unos pasos de derivación de retorno (1840) en comunicación con la abertura de salida,

unos canales de suministro (1842) , estando cada canal de suministro en comunicación con una abertura de suministro exterior correspondiente, y

unos canales de retorno (1848) , estando cada canal de retorno en comunicación con una abertura de retorno exterior correspondiente;

en la que los pasos de derivación de retorno y suministro de las caras exterior e interior están configurados para 10 formar unos trayectos paralelos o serpenteantes.

14. Placa distribuidora según la reivindicación 13, en la que la cara exterior (1802) comprende:

una cavidad de entrada (1804) en comunicación con los pasos de derivación de suministro (1808) ; y 15 una cavidad de salida (1806) en comunicación con los pasos de derivación de retorno (1810) .

15. Placa distribuidora según la reivindicación 13, en la que la cara interior (1832) comprende:

una cavidad de entrada (1834) en comunicación con los pasos de derivación de suministro y la abertura de entrada; y

una cavidad de salida (1838) en comunicación con los pasos de derivación de retorno y la abertura de salida.

16. Placa distribuidora según la reivindicación 13, que comprende además:

unas aberturas de suministro interiores (1816, 1820) que se extienden a través de la placa distribuidora, estando cada abertura de suministro interior en comunicación con un paso de derivación de suministro correspondiente de la cara interior; y

unas aberturas de retorno interiores (1822, 1826) que se extienden a través de la placa distribuidora, estando cada abertura de retorno interior en comunicación con un paso de derivación de retorno correspondiente de la cara interior.

17. Placa distribuidora según la reivindicación 16, en la que la cara exterior (1802) comprende además:

unos canales de suministro (1818) , estando cada canal de suministro en comunicación con una abertura de suministro interior correspondiente (1816) ; y

unos canales de retorno (1824) , estando cada canal de retorno en comunicación con una abertura de retorno interior correspondiente (1822) .

18. Placa distribuidora según la reivindicación 17, en la que la placa distribuidora (1800) comprende además:

unas segundas aberturas de suministro interiores, estando cada segunda abertura de suministro interior en comunicación con un canal de suministro correspondiente; y

unas segundas aberturas de retorno interiores, estando cada segunda abertura de retorno interior en comunicación con un canal de retorno correspondiente.