一种适用于液流电池电堆的液流框制造技术

本实用新型专利技术涉及一种适用于液流电池电堆或液流电池的液流框，液流框为一中部带有通孔的平板状结构，通孔为电极区域，通孔平行于板体平面的截面为矩形或等腰梯形，于平板的一侧表面或二侧表面上靠近通孔上下二条边的边缘处分别设有作为电解液自由流动区域的凹槽，矩形一条边或梯形下底边边缘处的凹槽为入口自由流动区域、矩形一条边的相对边或梯形上底边边缘处的凹槽为出口自由流动区域，每个自由流动区域与通孔间均开设有2个以上作为次级导流流道的凹槽；该液流框结构简单，加工方便，能有效提高电解液分配的均匀性，抑制电堆内部局域过热，降低极化，提高电解液利用率。

A liquid flow frame suitable for a liquid battery stack

The utility model relates to a liquid flow frame suitable for a liquid battery electric reactor or a liquid flow battery. The liquid flow frame is a flat plate with a through hole in the middle, the through hole is the electrode area, the cross section of the through hole parallel to the plate plane is rectangular or isosceles trapezium, on the one side surface of the plate or on the two side surface near the two edges of the upper and lower sides of the through hole. There are grooves at the edge of the free flow area of the electrolyte. The grooves at the edge of the rectangular one or the bottom edge are the free flow area of the entrance, the relative edge of the rectangular one edge or the grooves at the edge of the upper edge of the trapezoid, and each free flow area and the through hole are open to more than 2. As the groove of the secondary diversion channel, the liquid flow frame is simple in structure and convenient in processing. It can effectively improve the uniformity of the electrolyte distribution, restrain the local overheating in the reactor, reduce the polarization and improve the utilization of electrolyte.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于液流电池电堆的液流框
本技术涉及液流电池领域，特别涉及矩形液流电池电极框。
技术介绍
随着能源结构的调整，利用风能、太阳能等可再生能源发电受到越来越广泛的关注，但可再生能源发电具有不连续、不稳定等特点，直接并网难，弃风、弃光率高。以液流电池为代表的电储能技术为解决这一问题提供了契机。电推是液流电池的核心部件，其性能的好坏直接关系到整个系统的性能与成本。电堆包括端板、电极、液流框、离子交换膜等部件，其中，液流框的主要作用在于保证电解液准确、合理地流入、流出电极区域和支撑电极，从而使得电堆高效运行。尤其是在电极面积较大的大功率电堆中，合理的液流框设计对于电解液的均匀分布尤为重要。中国专利(专利申请号：201410495737.5)中提出了梯形电堆的新型结构，该结构可以有效减小电极中的浓差极化，具有很高的实用性。但是，该专利中未涉及导流结构。同时，与矩形电堆相比，实现梯形电堆中电解液的均匀分布更加困难。若采用现有的导流结构难以实现电解液的均匀分配。
技术实现思路
本技术的目的在于：针对液流电池中，尤其是液流电池电堆中电解液在垂直于流动方向上的流速分布不均匀问题，提出并研究一种适用于液流电池电堆的液流框，结构简单，加工方便，通过对导流流道进行科学合理的设计布局，可实现电解液均匀流入、流出电极反应区域，从而实现电解液的均匀分布，减弱局部热效应，提高电解液反应的均匀性，减小浓差极化，增加电解液的利用率。为达到上述目的，本技术采用的具体技术方案如下：一种适用于液流电池电堆或液流电池的液流框，其特征在于：液流框为一中部带有通孔的平板状结构，通孔为电极区域，通孔平行于板体平面的截面为矩形或等腰梯形，于平板的一侧表面或二侧表面上靠近通孔上下二条边的边缘处分别设有作为电解液自由流动区域的凹槽，矩形一条边(梯形下底边)边缘处的凹槽为入口自由流动区域、另一条边(梯形上底边)边缘处的凹槽为出口自由流动区域，每个自由流动区域与通孔间均开设有2个以上作为次级导流流道的凹槽；入口自由流动区域：A、入口自由流动区域平行于板体平面的凹槽截面为左右对称结构，凹槽截面宽度从入口自由流动区域的对称中心向左右二侧左右对称逐渐减小，凹槽截面宽度是指凹槽截面远离次级导流流道侧边与次级导流流道所在凹槽截面侧边的距离；入口自由流动区域上的次级导流流道的长度相等，次级导流流道的长度是指每个次级导流流道处的入口自由流动区域与通孔间的距离；于板体平面的入口自由流动区域向远离通孔侧设有流体入口，流体入口处于凹槽截面的对称轴上，于入口自由流动区域同侧边缘处的平板表面开设有作为入口主导流流道的凹槽，入口主导流流道的凹槽一端与流体入口相连，另一端与板体上作为电解液主流入口的一个通孔相连；或B、入口自由流动区域平行于板体平面的凹槽截面为左右对称的二个平行四边形结构，入口自由流动区域上的次级导流流道的长度从入口自由流动区域的对称中心向左右二侧左右对称逐渐减小，次级导流流道的长度是指每个次级导流流道处的入口自由流动区域与通孔间的距离；于板体平面的入口自由流动区域向远离通孔侧设有流体入口，流体入口处于凹槽截面的对称轴上，于入口自由流动区域同侧边缘处的平板表面开设有作为入口主导流流道的凹槽，入口主导流流道的凹槽一端与流体入口相连，另一端与板体上作为电解液主流入口的一个通孔相连；出口自由流动区域：A、出口自由流动区域平行于板体平面的凹槽截面为左右对称结构，凹槽截面宽度从出口自由流动区域的对称中心向左右二侧左右对称逐渐减小，凹槽截面宽度是指凹槽截面远离次级导流流道侧边与次级导流流道所在凹槽截面侧边的距离；出口自由流动区域上的次级导流流道的长度相等，次级导流流道的长度是指每个次级导流流道处的出口自由流动区域与通孔间的距离；于板体平面的出口自由流动区域向远离通孔侧设有流体出口，流体出口处于凹槽截面的对称轴上，于出口自由流动区域同侧边缘处的平板表面开设有作为出口主导流流道的凹槽，出口主导流流道的凹槽一端与流体出口相连，另一端与板体上作为电解液主流出口的一个通孔相连；或B、出口自由流动区域平行于板体平面的凹槽截面为左右对称的二个平行四边形结构，出口自由流动区域上的次级导流流道的长度从出口自由流动区域的对称中心向左右二侧左右对称逐渐减小，次级导流流道的长度是指每个次级导流流道处的出口自由流动区域与通孔间的距离；于板体平面的出口自由流动区域向远离通孔侧设有流体出口，流体出口处于凹槽截面的对称轴上，于出口自由流动区域同侧边缘处的平板表面开设有作为出口主导流流道的凹槽，出口主导流流道的凹槽一端与流体出口相连，另一端与板体上作为电解液主流出口的一个通孔相连；作为优选，所述主导流流道由1个或1个以上流道组成，所述流道间用0.5～10mm的主导流流道肋板分隔，以使电解液均匀流入自由流动区域，主导流流道宽度1～50mm，深度0.5～5mm；所述次级导流流道包含次级导流流道肋板分隔成的多个次级导流流道，次级导流流道宽度1～50mm，长度1～100mm，深度0.5～5mm，次级导流流道肋板宽度1～50mm，长度1～100mm，厚度为0.5～5mm；所述主导流流道与所述次级导流流道相连通并交汇于入口或出口截面中心处。所述自由流动区域有缓冲作用，可使电解液均匀流入次级导流流道；自由流动区域上下宽度1～50mm，深度0.5～5mm。所述入口次级导流流道和出口次级导流流道分别排布在入口和出口截面处，且左右两侧次级导流流道长度、宽度和深度应保持对称一致，以达到分配均匀的目的。作为优选，所述主导流流道、所述次级导流流道、所述自由流动区域上方可设置用于与电极框形成封闭流道的保护盖板，所述保护盖板厚度0.5～10mm。若不设置保护盖板，将电极框直接与双极板接触形成封闭流道亦可。作为优选，所述正极和负极电解液流入、流出口直径1～50mm。所述框体电极区域为梯形，靠近正极和负极电解液主流入口一侧的为梯形的长底边，相对测为短底边；所述框体上设置所述正极、负极电解液主流入、流出口和所述主、次级导流流道的两侧框体宽度为5～200mm，非设置上述区域的两侧框体宽度为1～100mm，电极框厚度为0.5～50mm。作为优选，所述主、次级导流流道和自由流动区域内部转角与各边缘交汇处均为弧形过渡。本技术提供的电极框材质可以选用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等材料，但不限于此。框体上的主、次级导流流道可采用机械加工雕刻成型、注塑等，但不限于此。较现有技术相比，本技术采用的电极框机构特别适用与梯形液流电池，可是电解液分配的均匀性得到极大提高，从而保证电池和电堆内部反应均匀一致，减弱局部放热，降低极化，极高电解液利用率。尤其对于大功率电堆，可以有效较低成本，节约材料。3.技术技术方案带来的有益效果该液流框结构简单，加工方便，能有效提高电解液分配的均匀性，抑制电堆内部局域过热，降低极化，提高电解液利用率。具体来说：根据流体力学基本原理，当电解液在电极区域流动时，入口截面上，从中部到两端，流体分配量越来越小，速度越来越小；出口截面上，从中部到两端，流体分配量越来越大，流速越来越大。故设计入口次级导流流道长度从入口截面中部到两端越来越短，出口次级导流流道长度从出口截面中部到两端越来越短，利用次级导流流道长度变化消除本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于液流电池电堆或液流电池的液流框，其特征在于：液流框为一中部带有通孔的平板状结构，通孔为电极区域，通孔平行于板体平面的截面为矩形或等腰梯形，于平板的一侧表面或二侧表面上靠近通孔上下二条边的边缘处分别设有作为电解液自由流动区域的凹槽，矩形一条边或梯形下底边边缘处的凹槽为入口自由流动区域、矩形一条边的相对边或梯形上底边边缘处的凹槽为出口自由流动区域，每个自由流动区域与通孔间均开设有2个以上作为次级导流流道的凹槽；入口自由流动区域：A、入口自由流动区域平行于板体平面的凹槽截面为左右对称结构，凹槽截面宽度从入口自由流动区域的对称中心向左右二侧左右对称逐渐减小，凹槽截面宽度是指凹槽截面远离次级导流流道侧边与次级导流流道所在凹槽截面侧边的距离；入口自由流动区域上的次级导流流道的长度相等，次级导流流道的长度是指每个次级导流流道处的入口自由流动区域与通孔间的距离；于板体平面的入口自由流动区域向远离通孔侧设有流体入口，流体入口处于凹槽截面的对称轴上，于入口自由流动区域同侧边缘处的平板表面开设有作为入口主导流流道的凹槽，入口主导流流道的凹槽一端与流体入口相连，另一端与板体上作为电解液主流入口的一个通孔相连；或B、入口自由流动区域平行于板体平面的凹槽截面为左右对称的二个平行四边形结构，入口自由流动区域上的次级导流流道的长度从入口自由流动区域的对称中心向左右二侧左右对称逐渐减小，次级导流流道的长度是指每个次级导流流道处的入口自由流动区域与通孔间的距离；于板体平面的入口自由流动区域向远离通孔侧设有流体入口，流体入口处于凹槽截面的对称轴上，于入口自由流动区域同侧边缘处的平板表面开设有作为入口主导流流道的凹槽，入口主导流流道的凹槽一端与流体入口相连，另一端与板体上作为电解液主流入口的一个通孔相连；出口自由流动区域：A、出口自由流动区域平行于板体平面的凹槽截面为左右对称结构，凹槽截面宽度从出口自由流动区域的对称中心向左右二侧左右对称逐渐减小，凹槽截面宽度是指凹槽截面远离次级导流流道侧边与次级导流流道所在凹槽截面侧边的距离；出口自由流动区域上的次级导流流道的长度相等，次级导流流道的长度是指每个次级导流流道处的出口自由流动区域与通孔间的距离；于板体平面的出口自由流动区域向远离通孔侧设有流体出口，流体出口处于凹槽截面的对称轴上，于出口自由流动区域同侧边缘处的平板表面开设有作为出口主导流流道的凹槽，出口主导流流道的凹槽一端与流体出口相连，另一端与板体上作为电解液主流出口的一个通孔相连；或B、出口自由流动区域平行于板体平面的凹槽截面为左右对称的二个平行四边形结构，出口自由流动区域上的次级导流流道的长度从出口自由流动区域的对称中心向左右二侧左右对称逐渐减小，次级导流流道的长度是指每个次级导流流道处的出口自由流动区域与通孔间的距离；于板体平面的出口自由流动区域向远离通孔侧设有流体出口，流体出口处于凹槽截面的对称轴上，于出口自由流动区域同侧边缘处的平板表面开设有作为出口主导流流道的凹槽，出口主导流流道的凹槽一端与流体出口相连，另一端与板体上作为电解液主流出口的一个通孔相连。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于液流电池电堆或液流电池的液流框，其特征在于：液流框为一中部带有通孔的平板状结构，通孔为电极区域，通孔平行于板体平面的截面为矩形或等腰梯形，于平板的一侧表面或二侧表面上靠近通孔上下二条边的边缘处分别设有作为电解液自由流动区域的凹槽，矩形一条边或梯形下底边边缘处的凹槽为入口自由流动区域、矩形一条边的相对边或梯形上底边边缘处的凹槽为出口自由流动区域，每个自由流动区域与通孔间均开设有2个以上作为次级导流流道的凹槽；入口自由流动区域：A、入口自由流动区域平行于板体平面的凹槽截面为左右对称结构，凹槽截面宽度从入口自由流动区域的对称中心向左右二侧左右对称逐渐减小，凹槽截面宽度是指凹槽截面远离次级导流流道侧边与次级导流流道所在凹槽截面侧边的距离；入口自由流动区域上的次级导流流道的长度相等，次级导流流道的长度是指每个次级导流流道处的入口自由流动区域与通孔间的距离；于板体平面的入口自由流动区域向远离通孔侧设有流体入口，流体入口处于凹槽截面的对称轴上，于入口自由流动区域同侧边缘处的平板表面开设有作为入口主导流流道的凹槽，入口主导流流道的凹槽一端与流体入口相连，另一端与板体上作为电解液主流入口的一个通孔相连；或B、入口自由流动区域平行于板体平面的凹槽截面为左右对称的二个平行四边形结构，入口自由流动区域上的次级导流流道的长度从入口自由流动区域的对称中心向左右二侧左右对称逐渐减小，次级导流流道的长度是指每个次级导流流道处的入口自由流动区域与通孔间的距离；于板体平面的入口自由流动区域向远离通孔侧设有流体入口，流体入口处于凹槽截面的对称轴上，于入口自由流动区域同侧边缘处的平板表面开设有作为入口主导流流道的凹槽，入口主导流流道的凹槽一端与流体入口相连，另一端与板体上作为电解液主流入口的一个通孔相连；出口自由流动区域：A、出...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑琼，张华民，岳孟，李先锋，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，大连融科储能技术发展有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁,21