电化学液流电池单元组件及其双极板制造技术

一种电化学液流电池单元组件及其双极板，能提升双极板与电极的接口接触性以及增加电解质在流场流动的分配性。所述双极板包括不导电部与导电部。不导电部是具有中空区域的框架结构，其中框架结构包括数个分配流道以及数个歧管孔。导电部则设置于上述中空区域并与不导电部密合而形成一容置空间，其中导电部具有数个岛丘结构，用于在容置空间内构成数个电解质流路，且不导电部的分配流道能引导电解质流进与流出所述导电部。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电化学液流电池(electrochemicalflowcell)技术，特别涉及一种电化学液流电池单元组件及其双极板。
技术介绍
电化学液流电池，也称为氧化还原液流电池(redoxflowbattery)是一种电化学储能装置，是利用电解质(正极电解质、负极电解质)中氧化还原反应的离子价数变化的储电电池。电化学液流电池一般是由离子交换膜、在离子交换膜两侧分别配设有细密多孔的正电极及负电极、与正电极侧的正极双极板和负电极侧的负极双极板所构成的单元(singlecell)结构，通常为了取得高电压，可将数个单元结构堆栈成为电池堆(stack)。然后通过正、负极电解质分别经过正、负电极形成循环回路，使电化学液流电池放电；或者从外部对电池进行充电。目前电化学液流电池常见的是使用不同价数的钒离子硫酸水溶液，以V(Ⅳ)/V(Ⅴ)和V(Ⅱ)/V(Ⅲ)氧化还原对可进行的电化学反应如下：正极反应：VO2++2H++e-←→VO2++H2O负极反应：V2+←→V3++e-全反应式：VO2++2H++V2+←→VO2++H2O+V3+氧化还原型的电化学液流电池具有安全性高、完全充放电、能量效率高、电池寿命长、电解质劣化少、不会排放有害环境的气体以及电解质储存槽增加即可增加系统储电容量等特征，可用于解决再生能源常具的间歇特性，使得再生能源对于电力电网供电的不确定性获得改善。然而，上述电化学液流电池常有电极与双极板接触阻抗过高、电解质停滞及浓度极化等现象，会影响电池内部质子与电子传输效能，而使得电池整体效率不佳，故需要改良电池结构，以提升双极板与电极接口的接触性以及增加电解质在流场流动的分配性，并能改善电荷传递，有利提升氧化还原电池的电流密度及能量效率以及储电容量。
技术实现思路
本专利技术提供一种电化学液流电池的双极板，以增加电解质在流场流动的分配性。本专利技术另提供一种电化学液流电池单元组件，能提升双极板与电极接口的接触性进而提升电池的电流密度、能量效率以及储电容量。本专利技术的电化学液流电池的双极板包括不导电部与导电部。不导电部是具有中空区域的框架结构，其中框架结构包括数个分配流道以及数个歧管孔(manifolds)。导电部则设置于上述中空区域并与不导电部密合而形成一容置空间，其中导电部具有数个岛丘结构，用于在容置空间内构成数个电解质流路，且不导电部的分配流道能引导电解质流进与流出所述导电部。本专利技术的电化学液流电池单元组件，包括质子交换膜、位于所述质子交换膜两侧的一对电极、以及位于每个所述电极两侧的一对双极板，其中每一个双极板包括不导电部与导电部。不导电部是具有中空区域的框架结构，其中框架结构包括数个分配流道以及数个歧管孔。导电部则设置于上述中空区域并与不导电部密合而形成一容置空间，且不导电部的分配流道能引导电解质流进与流出所述导电部。上述导电部具有数个岛丘结构，用于在容置空间内构成数个电解质流路，而电极内嵌于所述容置空间内并与岛丘结构接触。在本专利技术的一实施例中，上述电极包括多孔性材料导电石墨毡、导电碳毡或导电碳纸。在本专利技术的一实施例中，上述电极在组立前后的厚度压缩比值为10％至75％。在本专利技术的一实施例中，上述不导电部的材料包括聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)或聚四氟乙烯(PTFE)。在本专利技术的一实施例中，上述导电部包括导电石墨板或复合导电碳板。在本专利技术的一实施例中，上述不导电部与导电部之间采用密封组件或胶合方式紧密搭接。在本专利技术的一实施例中，上述岛丘结构包括多边形、圆形或直条型结构。在本专利技术的一实施例中，上述岛丘结构的高度与所述容置空间的厚度的比值为0.1至0.5。在本专利技术的一实施例中，上述岛丘结构的间距与所述电解质流路的宽度之间的比值为0.2至0.8。在本专利技术的一实施例中，上述电解质流路的宽度为0.5mm至2.5mm。在本专利技术的一实施例中，上述岛丘结构的顶部为圆顶，且所述圆顶的曲率半径为0.1mm至5mm。基于上述，本专利技术通过双极板的设计，而提升双极板与电极的接口接触性，同时增加电解质在流场流动的分配性，故而有效降低界面阻抗与提高流体分配性及降低电解质流动流阻，并由此改善电荷传递，因此能提升电化学液流电池的电流密度、能量效率以及储电容量。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。附图说明图1是依照本专利技术的第一实施例的一种电化学液流电池的双极板的分解示意图。图2A是第一实施例的双极板的平面视图。图2B是图2A的双极板的B-B线段的剖面图。图3A至图3D是图2B的双极板的各种岛丘结构的变形例的平面视图。图4A是依照本专利技术的第二实施例的一种电化学液流电池单元组件的组立前示意图。图4B是图4A的电化学液流电池单元组件组立后的示意图。图5是实验例中的双极板的立体图。图6是实验例与比较例在充放电效能的比较图。图7是实验例与比较例在能源效率和储电容量的比较图。其中附图标记为：100、500：双极板102、502：不导电部102a：中空区域103、408：密封组件104、504：导电部106、200、506：分配流道108a～d、508a、508b：歧管孔110、300、302、304、306：岛丘结构110a：圆顶112：容置空间114：电解质流路202：蜿蜒部位400：电化学液流电池单元组件402：质子交换膜404、406：电极H、H’、H”：长度l、W、W’、W”：宽度L：间距t：高度T、T’、T”、Te、Te’：厚度具体实施方式图1是依照本专利技术的第一实施例的一种电化学液流电池的双极板的分解示意图。图2A是第一实施例的双极板的平面视图。图2B是图2A的双极板的B-B线段的剖面图。在第一实施例中，电化学液流电池的双极板100包括不导电部102与导电部104。图1所示的是组立前的结构，以方便说明与解释。不导电部102是具有中空区域102a的框架结构，外观长度尺寸为H、宽度尺寸为W及厚度尺寸为T，中空区域102a长度尺寸为H”、宽度尺寸为W”及厚度尺寸为T”。所述不导电部102的材料例如聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学液流电池的双极板，其特征在于，包括：不导电部，为具有中空区域的框架结构，其中所述框架结构包括多数个分配流道以及多数个歧管孔；以及导电部，设置于所述中空区域并与所述不导电部密合而形成一容置空间，其中所述导电部具有多数个岛丘结构，以于所述容置空间内构成多数个电解质流路，且所述不导电部的所述分配流道能引导电解质流进与流出所述导电部。

【技术特征摘要】
2014.11.10 TW 1031389001.一种电化学液流电池的双极板，其特征在于，包括：
不导电部，为具有中空区域的框架结构，其中所述框架结构包括多数个分
配流道以及多数个歧管孔；以及
导电部，设置于所述中空区域并与所述不导电部密合而形成一容置空间，
其中所述导电部具有多数个岛丘结构，以于所述容置空间内构成多数个电解质
流路，且
所述不导电部的所述分配流道能引导电解质流进与流出所述导电部。
2.如权利要求1所述的电化学液流电池的双极板，其特征在于，所述不
导电部的材料包括聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚四
氟乙烯。
3.如权利要求1所述的电化学液流电池的双极板，其特征在于，所述导
电部包括导电石墨板或复合导电碳板。
4.如权利要求1所述的电化学液流电池的双极板，其特征在于，所述不
导电部与所述导电部之间采用密封组件或胶合方式紧密搭接。
5.如权利要求1所述的电化学液流电池的双极板，其特征在于，所述岛
丘结构包括多边形、圆形或直条型结构。
6.如其特征在于1所述的电化学液流电池的双极板，其特征在于，所述
岛丘结构的高度与所述容置空间的厚度的比值为0.1至0.5。
7.如权利要求1所述的电化学液流电池的双极板，其特征在于，所述岛
丘结构的间距与所述电解质流路的宽度之间的比值为0.2至0.8。
8.如权利要求1所述的电化学液流电池的双极板，其特征在于，所述电
解质流路的宽度为0.5mm至2.5mm。
9.如权利要求1所述的电化学液流电池的双极板，其特征在于，所述岛
丘结构的顶部为圆顶，且所述圆顶的曲率半径为0.1mm至5mm。
10.一种电化学液流电池单元组件，包括质子交换膜、位于所述质子交换
膜两侧的一对电极、以及位于每个所述电极两侧的一对双极板，其中每一所述
双极板，其特征在于，包括：
不导电部，为具...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祈彰，吕志兴，黄家铭，薛康琳，杨昌中，张文昇，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71