插槽式集流结构、测量系统及其测量方法技术方案

公开插槽式集流结构、测量系统及测量方法，插槽式集流结构包括集流框(1)、多个刀形石墨集流体(2)和绝缘密封垫片(3)，集流框(1)一侧设有引入电解液的进液口(4)和相对侧设有用于排出电解液的出液口(5)，集流框(1)第一表面(6)刻有相邻的流道槽(7)和贯穿槽(8)，流道槽(7)一端连通进液口(4)，另一端连通出液口(5)，多个刀形石墨集流体(2)刀身部分(9)重叠布置，刀柄部分(10)相反布置，每个刀形石墨集流体(2)的刀身部分(9)从集流框(1)相对于第一表面(6)的第二表面(11)插入贯穿槽(8)且从第一表面(6)突出形成流道脊部，刀柄部分(10)放置于绝缘密封垫片(3)的凹槽(12)。

【技术实现步骤摘要】
插槽式集流结构、测量系统及其测量方法
本专利技术涉及一种液流电池
，特别是一种用于测量带有流道的液流电池电流密度分布的插槽式集流结构、测量系统及其测量方法。
技术介绍
电极内部电流密度分布的均匀性是评价电池性能的关键运行参数之一，电极内部电流密度分布的不均匀性不仅会使电池性能降低，还会对其成本、寿命乃至安全性造成严重的不利影响。电极内部电流密度分布在时间和空间分布不均主要受到电池结构、材料、运行参数等多方面综合因素的影响。液流电池内部存在复杂且相互耦合的物质转化、传输过程，取得可靠的关键参数分布特性的在线测量实验数据，可加深对相关过程机理的理解和认识、掌握液流电池内部特性参数不均匀分布与变化的规律，这对优化液流电池结构设计和提高液流电池性能均具有重要的学术意义和应用价值。对液流电池的内部电流密度的测量主要有两种方法，一种是将若干铜导电片放置在石墨集流板外侧进行电流密度分布测量，另一种方法是将原有石墨集流板分割为若干块石墨集流块进行电流密度分布测量。由于第一种测量方法实施过程中不能保证每块导电铜片与石墨集流板的接触情况完全相同，因此测量结果的精确性无法保证。对于第二种检测方法，需将石墨集流板经过刻分割槽-填充绝缘物质-去除无分割槽部分-刻流道槽等一系列复杂加工处理为粘结在一起的分块式集流体，使用时还需与铜导电板联合使用，将每块集流体上的电流经过与之接触的铜导电板导出进行测量。该方法在测量过程中仍然不能保证每块石墨集流板与导电铜片的接触情况完全相同，测量结果的精确性也无法保证，并且该方法加工复杂、成本高，不适于推广。因此，以上两种方法都无法对有流道液流电池内部的电流密度分布进行有效测量。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
为解决上述现有技术的不足之处，本专利技术提供一种测量精度高、成本低、实施性强、操作简单的能够测量有流道液流电池内部电流密度分布的插槽式集流结构、测量系统及其测量方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。本专利技术的一个方面，一种用于测量带有流道的液流电池电流密度分布的插槽式集流结构，插槽式集流结构包括集流框、插放在集流框上的多个刀形石墨集流体和固定刀形石墨集流体的绝缘密封垫片，集流框，集流框一侧上设有引入电解液的进液口和相对侧上设有用于排出电解液的出液口，集流框的第一表面刻有相邻的流道槽和贯穿槽，所述流道槽一端连通进液口，另一端连通出液口，刀形石墨集流体，其包括刀身部分和刀柄部分，两两相邻的刀形石墨集流体的刀身部分重叠布置，刀柄部分相反布置，每个刀形石墨集流体的刀身部分从集流框相对于第一表面的第二表面插入所述贯穿槽且从第一表面突出形成流道脊部，外部检测电路电连接所述刀柄部分，绝缘密封垫片，其包括多个容纳刀柄部分的凹槽。在所述的用于测量带有流道的液流电池电流密度分布的插槽式集流结构中，刀形石墨集流体的刀身部分长宽尺寸与所述贯穿槽相同，厚度与集流框的厚度相同。在所述的用于测量带有流道的液流电池电流密度分布的插槽式集流结构中，所述第一表面设有包含流道槽和贯穿槽的内凹区域，所述内凹区域与液流电池的电极材料紧密接触。在所述的用于测量带有流道的液流电池电流密度分布的插槽式集流结构中，所述流道槽为蛇形流道槽、回行流道槽、平行流道槽、交指形流道槽或弯曲波浪式流道槽。在所述的用于测量带有流道的液流电池电流密度分布的插槽式集流结构中，所述集流框由达洛氏硬度值大于8度的耐腐蚀绝缘材料制成，例如满足硬度条件的亚克力玻璃、树脂或塑料，绝缘密封垫片由邵氏硬度为40HA～90HA之间的耐腐蚀绝缘材料制成，起支撑和密封作用，例如满足硬度要求的氟胶板、橡胶板和硅胶板。在所述的用于测量带有流道的液流电池电流密度分布的插槽式集流结构中，所述刀形石墨集流体的个数、凹槽个数和贯穿槽个数相同。在所述的用于测量带有流道的液流电池电流密度分布的插槽式集流结构中，集流框的尺寸与流道槽的尺寸相互匹配容纳。本专利技术的另一方面，一种带有流道的液流电池电流密度分布的测量系统，所述测量系包括带有流道的液流电池和测量装置，所述液流电池包括所述的插槽式集流结构，第一表面和电极材料紧密接触，测量装置包括：充放电单元，其对所述液流电池充放电，刀柄部分和充放电单元形成外部检测电路，多个电流传感器，所述电流传感器分别测量所述外部检测电路的电流，数据采集单元，其采集和记录所述电流传感器的电流数据。在所述的测量系统中，所述正、负极电极材料为正极石墨毡电极，隔膜将所述正、负极石墨毡电极和负极石墨毡电极隔开，所述电流传感器为霍尔电流传感器。根据本专利技术的又一方面，一种利用所述的插槽式集流结构的测量方法步骤包括：第一步骤中，带有流道的液流电池中布置所述插槽式集流结构，或将所述插槽式集流结构替换电池集流板和导电板，第二步骤中，电解液从进液口引入、流入流道槽和从出液口排出，每个刀形石墨集流体的刀身部分从集流框相对于第一表面的第二表面插入所述贯穿槽且从第一表面突出形成流道脊部，第三步骤中，充放电单元对所述液流电池充放电，刀柄部分和充放电单元形成外部检测电路，第四步骤中，多个电流传感器分别测量所述外部检测电路的电流，第五步骤中，数据采集单元采集和记录所述电流传感器的电流数据。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术将刀形石墨集流体插放在集流框的贯穿槽中构建有流道结构的分块式集流结构，实施时使刀形石墨集流体直接与液流电池的电极材料接触，每片刀形石墨集流体的刀柄部分分别与充放电单元相连构成电池内部电流密度分布检测回路，本专利技术中每块刀形石墨集流体的电流密度等于所测电流与石墨片集流体表面积之比，绝缘密封垫片在实施时需放在刀形石墨集流体刀柄部分用来固定石墨片集流体。所述绝缘密封垫片上切割有与刀形石墨集流体刀柄部分尺寸相匹配的凹槽，垫片不仅能够支撑固定石墨集流片，还起到密封和绝缘作用。第一表面与电池的电极材料紧密接触以保证良好的导电性和密封性。刀型石墨集流体的刀身部分从集流框的另一面插放入贯穿槽内形成流道脊部，刀形石墨集流体的刀柄部分用于连接外电路，从而构建有流道结构的分块式集流结构，进而实现带有流道结构的液流电池内部电流密度分布测量，以石墨材料为媒介进行电池内部电流密度分布测量，降低测量难度，并且可应用于酸性碱性等具有腐蚀性电解质的电池中。该插槽式集流结构直接替代电池中原有集流板与导电板，节省材料，降低液流电池检测成本，可推广性强。通过该液流电池插槽式集流结构能够获取可靠的关键参数分布特性的在线测量实验数据，可加深对电池相关过程机理的理解和认识、掌握液流电池内部特性参数不均匀分布与变化的规律，这对优化液流电池设计、制造和运行均具有重要的意义和应用价值。本专利技术的测量装置和测量方法能够精确地测量液流电池电流密度分布，且操作方便、实施性强且成本低。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了，说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量带有流道的液流电池电流密度分布的插槽式集流结构，插槽式集流结构包括集流框(1)、插放在集流框(1)上的多个刀形石墨集流体(2)和固定刀形石墨集流体(2)的绝缘密封垫片(3)，其特征在于：集流框(1)，集流框(1)一侧上设有引入电解液的进液口(4)和相对侧上设有用于排出电解液的出液口(5)，集流框(1)的第一表面(6)刻有相邻的流道槽(7)和贯穿槽(8)，所述流道槽(7)一端连通进液口(4)，另一端连通出液口(5)，刀形石墨集流体(2)，其包括刀身部分(9)和刀柄部分(10)，两两相邻的刀形石墨集流体(2)的刀身部分(9)重叠布置，刀柄部分(10)相反布置，每个刀形石墨集流体(2)的刀身部分(9)从集流框(1)相对于第一表面(6)的第二表面(11)插入所述贯穿槽(8)且从第一表面(6)突出形成流道脊部，外部检测电路电连接所述刀柄部分(10)，绝缘密封垫片(3)，其包括多个容纳刀柄部分(10)的凹槽(12)。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量带有流道的液流电池电流密度分布的插槽式集流结构，插槽式集流结构包括集流框(1)、插放在集流框(1)上的多个刀形石墨集流体(2)和固定刀形石墨集流体(2)的绝缘密封垫片(3)，其特征在于：集流框(1)，集流框(1)一侧上设有引入电解液的进液口(4)和相对侧上设有用于排出电解液的出液口(5)，集流框(1)的第一表面(6)刻有相邻的流道槽(7)和贯穿槽(8)，所述流道槽(7)一端连通进液口(4)，另一端连通出液口(5)，刀形石墨集流体(2)，其包括刀身部分(9)和刀柄部分(10)，两两相邻的刀形石墨集流体(2)的刀身部分(9)重叠布置，刀柄部分(10)相反布置，每个刀形石墨集流体(2)的刀身部分(9)从集流框(1)相对于第一表面(6)的第二表面(11)插入所述贯穿槽(8)且从第一表面(6)突出形成流道脊部，外部检测电路电连接所述刀柄部分(10)，绝缘密封垫片(3)，其包括多个容纳刀柄部分(10)的凹槽(12)。2.根据权利要求1所述的插槽式集流结构，其特征在于：优选的，刀形石墨集流体(2)的刀身部分(9)长宽尺寸与所述贯穿槽(8)相同，厚度与集流框(1)的厚度相同。3.根据权利要求1所述的插槽式集流结构，其特征在于：所述第一表面(6)设有包含流道槽(7)和贯穿槽(8)的内凹区域(13)，所述内凹区域(13)与液流电池的电极材料(14)紧密接触。4.根据权利要求1所述的插槽式集流结构，其特征在于：所述流道槽(7)为蛇形流道槽、回行流道槽、平行流道槽、交指形流道槽或弯曲波浪式流道槽。5.根据权利要求1所述的插槽式集流结构，其特征在于：所述集流框(1)由达洛氏硬度值大于8度的耐腐蚀绝缘材料制成，绝缘密封垫片(3)由邵氏硬度为40HA～90HA之间的耐腐蚀绝缘材料制成。6.根据权利要求1所述的插槽式集流结构，其特征在于：所述刀形石墨集流体(2)的个数、凹槽(12)个数和贯穿槽(8)个数相同。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：屈治国，王琼，张剑飞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61