用于液流电池的电堆框架制造技术

本发明专利技术涉及一种用于液流电池的电堆框架，所述电堆框架由聚合物材料制成，并为中空结构，在所述电堆框架中，具有：电解液的进液口和出液口；电解液导流槽；密封垫片槽；所述电解液导流槽分别独立地与进液口和出液口相连通，并且允许电解液通过所述电解液导流槽流入或者流出双极板两侧或隔膜两侧的石墨毡，所述电解液导流槽与密封垫片槽不产生相互的联通。

Stack frame for liquid flow battery

【技术实现步骤摘要】
用于液流电池的电堆框架
本专利技术属于液流电池领域，具体而言属于液流电池构件的制备领域。
技术介绍
电力一直以来被认为是瞬发瞬供的即时能源。几十年来，电网形成了以化石燃料发电(俗称火电)为基础(占全网发电量六成)的供电体系，主要通过控制煤，石油，天然气等物质的燃烧，调整热能对机械能的驱动，改变发电机的输出效率，以便即时响应电网负荷的需求。90年代以来，水库式水力发电的兴建，有效降低了电网对化石燃料发电的依赖。通过水库水位的控制，水力发电也能像火力发电机组一样即时响应变化的电网负荷。同时，在电网负荷低峰期，可以通过将水从低位水源抽至高位水库，将电网余电以重力势能方式储存起来，留作高峰用途。本世纪初开始，太阳能发电和风能发电为主的新一代可再生能源系统，被广泛接纳为更科学的能源提供方案。与传统火电为主，水电为辅的发电电网相比，新清洁能源代表了能源的未来。但是，其最大劣势，便是能量来源的间歇性。一个新清洁能源为主导的发电电网，势必出现发电峰谷跟电网负荷的严重不匹配，造成发电峰值期间电能的大量浪费，和发电低谷期间大规模的电能匮乏。真正实现全电网的清洁能源化，需要完成整个电网的储能化。在发电端，配备高效的储能单元，实现电能的就地快速存取，可以在电网低负荷状态收纳废电，在高负荷状态释放存电变废为宝。在输配电方面，建立储能站，参与电网调峰，提高配电效率，缓解输电拥堵，推迟输配电升级。在用户端，不仅利用储能电站做为备用电源，同时低电价时间从电网充电，高电价时间从储能系统放电，达到分时电费管理、增加光伏自用量、按需供电节约电费等多种要求。同时在供电方和用电方进行发电和负荷的双重削峰填谷，大大改善电网的利用效率。液流电池技术有大规模储能的天然优势：储电量的大小与电解液体积成线性正比，充放电功率由电堆尺寸及数量决定，所以能按照需求，设计出从kW到MW级别不同的充放电功率，可持续放电1小时到数天的不同储能体量的液流电池。基于常用无机酸，无机盐的电解液化学成分稳定，储存方便，对环境影响小，自放电系数极低，适合长期的电能储存，安全性能极高，。由于其稳定可靠的充放电循环，理论充放电次数没有上限。目前世界范围里液流电池企业，其产品绝大部分还处在用于电网级储能的示范性项目，远没有达到商业化产品对可靠性和稳定性的要求，其主要技术瓶颈在于电池的关键组件---电堆。由于电堆设计缺陷，电堆材料机械性能的局限性，以及同时需要兼顾电池转换效率和电解液内部循环稳定性的局限，电堆寿命仅能达到1000-3000次，大大增加了度电储能成本。如何制造出稳定高效能长时间充放电的电堆，是摆在各液流电池企业面前的难题。普通的电堆生产是将电堆内部主要部件，即石墨双极板，石墨毡和隔膜依次叠加在一起，将单电池以串联方式组成电堆。密封组装后，引入正负电解液，进行充放电循环。将内部部件组装叠加时，需要引入辅助框架结构，该辅助结构主要作用是提供电解液在电堆内部循环的液流槽，保证液流顺畅无阻塞；保证各部件组装时不发生位移，各部分对应位置确保对齐；同时对各单体电池起到密封作用，确保电解液不渗漏；保持电堆内部一定的内压，使得个组件之间的接触电阻最小，从而提高电堆的能量转换效率。现有的主流电堆技术，液流槽的设计主要是通过密封垫圈来实现。通过密封垫圈来实现密封及液流导槽是一种很“自然而然”的方案，具有设计简单，成本低廉等优点，成为液流电池电堆的主流设计方案。然而，密封垫圈的材质一般为硅橡胶密、氟橡胶、丁基橡胶密、三元乙丙橡胶等，其具有一定的自膨胀性，同时在长期的与液流电池电解液的接触中，容易发生老化、腐蚀，因此，影响液流电池的使用寿命。引用文献1公开了一种液流电池电堆密封结构，所述液流电池电堆密封结构包括密封橡胶，所述密封橡胶由密封线将若干个密封垫圈连接而成，所述密封垫圈设有电解液公共流道孔，所述密封垫圈的一面设有压缩变形结构，所述密封垫圈的另一面设有环形凸起结构。其对隔膜的电解液公共流道孔处和周边进行密封，隔膜侧密封为内外嵌透的线密封方式实现双层保护，在电解液公共流道的位置采用面密封的方式实现内外漏的保护，但电解液依然与密封橡胶直接接触。引用文献2公开了一种液流电池电堆的电极框结构，于矩形平板上设置电解液的补充流道，电解液补充流道的一端与电解液进口的通孔相连，另一端与可容置电极的空腔相连通，其电极框结构，改善了电极内的浓度分布，提高电池性能。虽然其没有提及电解液导流槽与密封构件之间的关系，但从其结构图上可以看出，其电解液的流入和流出仍然需依靠密封件形成的导流槽。引用文献3提供了一种液流电池用双极板和液流电池电堆，液流电池用双极板包括相互贴合的固定边框和导流边框，固定边框为框架结构，固定边框的内部设置有导电板，固定边框的四周设置有至少两个第一通孔；导流边框为框架结构，导流边框的内部设置有隔膜，隔膜的边缘与导流边框固定。通过将使电解液通过的第一通孔和第二通孔单独设置，二者均不会穿过隔膜，隔膜被导流边框固定，电解液流过第一通孔和第二通孔时与隔膜和导电板均不接触，不会对隔膜和导电板产生破坏，延长隔膜和导电板的使用寿命，而固定边框和导流边框质地较硬，不容易被破坏。虽然应用文献3没有直接公开电解液与密封橡胶的相互关系，同时其用于固定隔膜以及导电板需要两个不同的边框，组装上的简易性也不能说是充分的。引用文献4一种液流电池的电堆结构，包括重复叠合的单元电池和隔膜，单元电池由导流板、双极板、导流板依次叠合而成，其特征在于，电堆结构中不含密封垫，垂直于双极板所在平面的电堆侧面采用封装端板进行封装。虽然其在电堆内部不使用密封结构，但其采用了单独的导流板进行导流，且一片双极板与两片导流板通过注塑、粘结、焊接、化学结合等方式连接成无缝的结构单元，并装入电极构成单元电池。因此，导致其结构复杂，也产生使用可靠性上的担忧。可见，现有技术的基本状况，在电堆框架的简易性以及结构设计的合理性方面仍然有进一步提升的余地。引用文献1：CN106374129A引用文献2：CN206225462U引用文献3：CN204516844U引用文献4：CN107123824A
技术实现思路
专利技术要解决的问题所谓液流电池，最重要的是保证液体电解液在电池内部畅通无阻的流动。通常的液流电池电堆设计，橡胶垫圈有两个致命的缺点，一是抗氧化性差，长期与电解液接触后，橡胶垫圈会发生体积膨胀，从而造成液流槽内部空间受到挤压，影响电解液在槽内部的流动。更严重的情况是对液流槽造成堵塞，造成整个电池过充从而报废。二是其弹性的本质，在电堆组装的过程中，很难保证各个电池单体的各个区域受力一致，这就导致电解液导槽的均一性很差，会直接造成正负电解液在液流槽不同电池单体的流速分布不均匀。从而可能导致部分流速低电池单体发生过充，致使大量产生气体，导电石墨毡板和双极板被腐蚀解体，最终电池内部阻塞报废。针对上述现有技术所具有的问题，本专利技术提供了一种用于液流电池的电堆框架，其具有：电解液的进液口和出液口；电解液导流槽；密封垫片槽；所述电解液导流槽分别独立地与进液口和出液口相连通，并且允许电解液通过所述电解液导流槽流入或者流出双极板两侧或隔膜两侧的石墨毡，所述电堆框架中电解液导流槽与密封垫片槽不产生相互的联通，因此克服了传统电堆框架中密封橡胶因为老化和腐蚀以及体积膨胀所带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于液流电池的电堆框架，其特征在于，所述电堆框架由聚合物材料制成，并为中空结构，在所述电堆框架中，具有：电解液的进液口和出液口；电解液导流槽；密封垫片槽；所述电解液导流槽分别独立地与进液口和出液口相连通，并且允许电解液通过所述电解液导流槽流入或流出双极板两侧或隔膜两侧的石墨毡，所述电解液导流槽与密封垫片槽不产生相互的联通。

【技术特征摘要】
1.一种用于液流电池的电堆框架，其特征在于，所述电堆框架由聚合物材料制成，并为中空结构，在所述电堆框架中，具有：电解液的进液口和出液口；电解液导流槽；密封垫片槽；所述电解液导流槽分别独立地与进液口和出液口相连通，并且允许电解液通过所述电解液导流槽流入或流出双极板两侧或隔膜两侧的石墨毡，所述电解液导流槽与密封垫片槽不产生相互的联通。2.根据权利要求1所述的电堆框架，其特征在于，所述中空结构用于放置双极板及石墨毡或隔膜及石墨毡。3.根据权利要求1或2所述的电堆框架，其特征在于，所述电堆框架仅允许电解液通过所述电解液导流槽流入或流出所述双极板两侧或隔膜两侧的石墨毡。4.根据权利要求1-3任一项所述的电堆框架，其特征在于，在所述电解液导流槽与密封垫片槽产生交汇，在所述交汇处，所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖革，王瑾，郑晓昊，
申请(专利权)人：江苏泛宇能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32