液流电池堆制造技术

一种液流电池堆，包括第一电极单元、第二电极单元、含有至少一个双极单元的电池单元、数个第一集电板与第二集电板。第一电极单元具有N个不相通的第一电化学反应区域，第二电极单元具有N个不相通的第二电化学反应区域，N为大于1的整数。第N个第二电化学反应区域与第N个第一电化学反应区域相通。电池单元介于第一与第二电极单元之间，其双极单元具有N个不相通的第三电化学反应区域，且第N个第三电化学反应区域与第N个第一电化学反应区域相通。第一集电板则设置于第一电极单元外侧，且第N个第一集电板对应第N个第一电化学反应区域。第二集电板设置于第二电极单元外侧。

Liquid flow battery stack

【技术实现步骤摘要】
液流电池堆
本专利技术是有关于一种电化学储能装置，且特别是有关于一种液流电池堆。
技术介绍
液流电池(flowbattery)，亦称为氧化还原液流电池(redoxflowbattery)，是一种电化学储能装置，是通过电解液(正极电解液与负极电解液)中氧化还原反应机制的离子价数变化，进行充电与放电的化学反应平台。氧化还原液流电池具有安全性高、可以完全充放电、能量效率高、电池寿命长、电解液劣化少、不会排放有害环境的气体以及电解液储存槽增加即可增加系统储电容量等特征，可用于解决传统再生能源具有的间歇特性，进而改善再生能源对于电力电网供电的不确定性。然而，目前既有的串联式液流电池堆尚存在以下问题，包括：电解液流通分布不均，发生死区(deadvolume)造成电解液停滞及浓度极化，而影响电池内部质子与电子传输效能，使得电池整体效率不佳，并有电解液流通阻力过高造成电池泄漏与寄生电力损耗过高等问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种液流电池堆，能有效提升可靠度并改善电解液流通分布不均的情形。本专利技术的液流电池堆包括第一电极单元、第二电极单元、含有至少一个双极单元的电池单元、数个第一集电板与第二集电板。第一电极单元具有不相通的N个第一电化学反应区域，第二电极单元具有不相通的N个第二电化学反应区域，N为大于1的整数。第N个第二电化学反应区域与第N个第一电化学反应区域相通。电池单元介于第一与第二电极单元之间，其双极单元具有不相通的N个第三电化学反应区域，且第N个第三电化学反应区域与第N个第一电化学反应区域相通。第一集电板则设置于第一电极单元外侧，且每个第一集电板对应每个第一电化学反应区域。第二集电板设置于第二电极单元外侧。基于上述，既可有效提升液流电池堆可靠度，又可以将电解液在电池中进行有效且均匀的流场分配，改善电解液流通分布不均，避免死区(deadvolume)的发生，提升电池内部质子与电子传输效能及电池整体效率；降低电池流通阻力，减少输送泵浦寄生电力的损耗，有利提升氧化还原电池的电流密度及能量效率的结构设计，以有效提升储能系统的可靠度及稳健性。附图说明图1是依照本专利技术的一实施例的一种液流电池堆的爆炸示意图。图2是本专利技术的实施例中的双极单元的分解示意图。图3是本专利技术的实施例的液流电池堆的方块图。图4是图2的基板本体的流体分配部的透视图。图5是图2的基板本体的定位卡接部的剖面示意图。图6是图2的I-I’线段的剖面示意图。图7是本专利技术的实施例中的第一或第二电极单元的立体示意图。图8是图7的II-II’线段的剖面示意图。其中，附图标记为：10：液流电池堆100：第一电极单元102：第一电化学反应区110：第二电极单元112：第二电化学反应区域120：双极单元121：电池单元122：第三电化学反应区域126：离子交换膜128：石墨电极130：第一集电板140：第二集电板150：第一端板152：进口孔160：第二端板162：出口孔170a：第一弹性体单元170b：第二弹性体单元172：螺帽174：螺杆180：密封单元182：独立区域200、700：不导电框架202：基板本体202a：容置空间202b：独立入口202c：独立出口204：固定框206：流体分配部208：定位卡接部210、702：导电板300：子电池系统模块400：流体分配隧道500：定位结构600：凹槽602：接缝604：构槽606：倒角704：电解液入口孔706：封闭凸出结构708：集电板定位结构D1、D2、D3、D4：直径H1、H2、H3、H4：高度W1、W2、W3、W4：宽度具体实施方式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。请参考以下实施例及随附图式，以便更充分地了解本专利技术，但是本专利技术仍可以通过多种不同形式来实践，且不应将其解释为限于本文所述的实施例。为了方便理解，下述说明中相同的元件将以相同的符号标示来说明。而在图式中，为求明确起见对于各构件以及其相对尺寸可能未按实际比例绘制。图1是依照本专利技术的一实施例的一种液流电池堆的爆炸示意图。请参照图1，本实施例的液流电池堆10基本上包括第一电极单元100、第二电极单元110、含有至少一个双极单元120的电池单元121、第一集电板130与第二集电板140。双极单元120可为一个或多个，以达到电池的电性规格。第一电极单元100具有不相通的N个第一电化学反应区域102，第二电极单元110具有数个不相通的N个第二电化学反应区域112，且文中的N是大于1的整数。第N个第二电化学反应区域112与第N个第一电化学反应区域102相通。以图1为例，N是2，所以第1个第二电化学反应区域112与第1个第一电化学反应区域102相通，第2个第二电化学反应区域112与第2个第一电化学反应区域102相通。电池单元121介于第一与第二电极单元100与110之间，其中的每个双极单元120如图2所示具有不相通的N个第三电化学反应区域122，且第N个第三电化学反应区域122会与第N个第一电化学反应区域102相通。举例来说，第1个第三电化学反应区域122、第1个第二电化学反应区域112与第1个第一电化学反应区域102是彼此相通且位置与大小均相近或相同；第2个第三电化学反应区域122、第2个第二电化学反应区域112与第2个第一电化学反应区域102也是彼此相通且位置与大小均相近或相同。由于第N个第一、第二与第三电化学反应区域102、112与122是彼此相通，但是第一电化学反应区域102彼此不相通、第二电化学反应区域112彼此不相通、第三电化学反应区域122彼此也不相通，所以相通的多个电化学反应区域(102、112与122)成为一个子电池系统模块300，并与彼此不相通的其他电化学反应区域(102、112与122)的子电池系统模块300等构成一个如图3所示的并联系统。图3显示的是本专利技术的实施例的液流电池堆的方块图，其中每一个子电池系统模块300包含具有相通的电化学反应区域的电极单元与双极单元，且由于不同子电池系统模块300的电化学反应区域不相通，所以本实施例能达成高可靠度的结果。举例来说，若将可靠度均为RSS的电池所构成的N个子电池系统模块300构成一个并联系统，其可靠度的方程式以下式(1)表示：RSP＝1–(1-RSS)N(1)经由上式(1)计算，以两个子系统进行并联设计，在相同单电池组件的条件下，可靠度将可以提升至88.2％；以四个子系统进行并联设计，在相同单电池组件的条件下，可靠度将可以提升至98.6％；若以八个子系统进行并联设计，在相同单电池组件的条件下，可靠度将可以提升至99.9％。因此，以改善可靠度的观点来看，本实施例中的电化学反应区域(102、112与122)的数量(N值)最佳可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液流电池堆，其特征在于，包括：/n一个第一电极单元，其具有不相通的N个第一电化学反应区域，N为大于1的整数；/n一个第二电极单元，其具有不相通的N个第二电化学反应区域，第N个所述第二电化学反应区域与第N个所述第一电化学反应区域相通；/n一个电池单元，其具有至少一个双极单元，介于所述第一电极单元与所述第二电极单元之间，其中所述双极单元具有不相通的N个第三电化学反应区域，且第N个所述第三电化学反应区域与第N个所述第一电化学反应区域相通；/nN个第一集电板，设置于所述第一电极单元外侧，且第N个所述第一集电板对应第N个所述第一电化学反应区域；以及/n至少一个第二集电板，设置于所述第二电极单元外侧。/n

【技术特征摘要】
20181019 TW 1071368821.一种液流电池堆，其特征在于，包括：
一个第一电极单元，其具有不相通的N个第一电化学反应区域，N为大于1的整数；
一个第二电极单元，其具有不相通的N个第二电化学反应区域，第N个所述第二电化学反应区域与第N个所述第一电化学反应区域相通；
一个电池单元，其具有至少一个双极单元，介于所述第一电极单元与所述第二电极单元之间，其中所述双极单元具有不相通的N个第三电化学反应区域，且第N个所述第三电化学反应区域与第N个所述第一电化学反应区域相通；
N个第一集电板，设置于所述第一电极单元外侧，且第N个所述第一集电板对应第N个所述第一电化学反应区域；以及
至少一个第二集电板，设置于所述第二电极单元外侧。


2.如权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，所述第一集电板的数量为多个，且所述第二集电板的数量为一个。


3.如权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，所述N为2至8。


4.如权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，还包括多个密封单元，其中每个所述密封单元具有N个不相通的独立区域，第N个所述独立区域对应第N个所述第三电化学反应区域。


5.如权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，所述双极单元包括：
一个不导电框架，具有一个基板本体与多个固定框，其中所述基板本体具有对应所述第三电化学反应区域的N个容置空间；以及
N个导电板，经由所述多个固定框固设于N个所述容置空间内，其中
所述基板本体包括对应每个所述容置空间的至少一个独立入口及至少一个独立出口。


6.如权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，所述电池单元还包括：
至少一个离子交换膜；以及
多个石墨电极，介于所述双极单元与所述离子交换膜之间，其中每个所述石墨电极对应备配置于每个所述第三电化学反应区域内。


7.如权利要求5所述的液流电池堆，其特征在于，所述基板本体还包括多个流体分配隧道，将电解液由所述独立入口进...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祈彰，
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